Сельскохозяйственное загрязнение
| Часть серии о |
| Загрязнение |
|---|
 |
Сельскохозяйственное загрязнение относится к биотическим и абиотическим побочным продуктам сельскохозяйственной практики, которые приводят к загрязнению или деградации окружающей среды и окружающих экосистем и/или наносят ущерб людям и их экономическим интересам. Загрязнение может происходить из различных источников, начиная от загрязнения воды из точечных источников (из одной точки сброса) и заканчивая более диффузными причинами на уровне ландшафта, также известными как загрязнение из неточечных источников и загрязнение воздуха . Попадая в окружающую среду, эти загрязняющие вещества могут оказывать как прямое воздействие на окружающие экосистемы, т. е. уничтожать местную дикую природу или загрязнять питьевую воду, так и оказывать воздействие на нижнюю часть реки, например, мертвые зоны, вызванные сельскохозяйственными стоками, которые концентрируются в крупных водоемах.
Практика управления или ее незнание играют решающую роль в количестве и воздействии этих загрязнителей. Методы управления варьируются от содержания животных и содержания до распространения пестицидов и удобрений в глобальной сельскохозяйственной практике, что может иметь серьезные последствия для окружающей среды . Плохие методы управления включают в себя плохое управление кормлением животных, чрезмерный выпас скота, вспашку, использование удобрений, а также неправильное, чрезмерное или несвоевременное использование пестицидов.
Загрязнители, образующиеся в результате сельского хозяйства, сильно влияют на качество воды и могут быть обнаружены в озерах, реках, водно-болотных угодьях , устьях рек и грунтовых водах . К загрязнителям, образующимся в результате сельского хозяйства, относятся отложения, питательные вещества, патогены, пестициды, металлы и соли. [1] Животноводство оказывает огромное воздействие на загрязняющие вещества, попадающие в окружающую среду . Бактерии и болезнетворные микроорганизмы, содержащиеся в навозе, могут попасть в ручьи и грунтовые воды, если не осуществляется должный уход за выпасом скота, хранением навоза в лагунах и внесение навоза в поля. [2] Загрязнение воздуха, вызванное сельским хозяйством из-за изменений в землепользовании и практики животноводства, оказывает огромное влияние на изменение климата , и решение этих проблем было центральной частью специального доклада МГЭИК об изменении климата и земельных ресурсах . [3] Смягчение сельскохозяйственного загрязнения является ключевым компонентом развития устойчивой продовольственной системы . [4] [5] [6]
Абиотические источники
[ редактировать ]Пестициды
[ редактировать ]
Было подсчитано, что при отсутствии мер по борьбе с вредителями потери урожая до сбора урожая обычно составляют 40 процентов. [7] Настойчивость является серьезной проблемой. Например, 2,4-Д и атразин имеют срок жизни до 20 лет (как ДДТ, альдрин, дильдрин, эндрин, гептахлор и токсафен) или даже постоянный (как это наблюдается в таких веществах, как свинец, ртуть и мышьяк). [8] Степень сохранения пестицидов и гербицидов зависит от уникального химического состава соединений, который влияет на динамику сорбции и, как следствие, на судьбу и транспортировку в почвенной среде. [9] Пестициды также могут накапливаться в организме животных, которые поедают зараженных вредителей и почвенные организмы. Основная опасность, связанная с применением пестицидов, заключается в их воздействии на нецелевые организмы. [10] К ним относятся виды, которые мы обычно воспринимаем как полезные или желательные, например опылители, а также естественные враги вредителей (т. е. насекомые, которые охотятся на вредителей или паразитируют на них). [11]
В принципе, биопестициды , пестициды, полученные из природных источников, [12] может снизить общее сельскохозяйственное загрязнение. Их использование скромное. Более того, биопестициды часто страдают от тех же негативных последствий, что и синтетические пестициды. [13] В Соединенных Штатах на биопестициды распространяется меньше экологических норм. Многие биопестициды разрешены Национальной органической программой Министерства сельского хозяйства США и стандартами органического растениеводства. [12]
Выщелачивание пестицидов
[ редактировать ]Выщелачивание пестицидов происходит, когда пестициды растворяются в воде, и эти растворы мигрируют в нецелевые места. Выщелачивание является основным источником загрязнения подземных вод . На выщелачивание влияют почва, пестициды, осадки и орошение. Выщелачивание наиболее вероятно произойдет при использовании водорастворимых пестицидов, когда почва имеет песчаную текстуру; если чрезмерный полив происходит сразу после внесения пестицидов; если адсорбционная способность пестицида почвой низкая. Выщелачивание может происходить не только с обработанных полей, но также с мест смешивания пестицидов, мест мойки оборудования для внесения пестицидов или мест захоронения. [14]
Удобрения
[ редактировать ]Удобрения используются для обеспечения сельскохозяйственных культур дополнительными источниками питательных веществ, таких как азот, фосфор и калий, которые способствуют росту растений и повышают урожайность. Хотя они полезны для роста растений, они также могут нарушать естественные биогеохимические циклы питательных веществ и минералов и представлять угрозу для здоровья человека и окружающей среды.
Азот
[ редактировать ]Наиболее распространенными источниками азота являются NO 3. − (нитрат) и NH 4 + (аммоний). Эти удобрения значительно повысили продуктивность сельскохозяйственных угодий:
При сохранении средней урожайности на уровне 1900 года для сбора урожая в 2000 году потребовалось бы почти в четыре раза больше земли, а посевная площадь заняла бы почти половину всех свободных ото льда континентов, а не менее 15% от общей площади суши. это необходимо сегодня. [15]
- Вацлав Смил, Азотный цикл и мировое производство продуктов питания, Том 2, страницы 9–13.
Хотя азотные удобрения приводят к повышению урожайности сельскохозяйственных культур, они также могут отрицательно влиять на грунтовые и поверхностные воды, загрязнять атмосферу и ухудшать здоровье почвы . [ нужна ссылка ] Не все питательные вещества, вносимые в удобрения, усваиваются сельскохозяйственными культурами, а остальные накапливаются в почве или теряются со стоками . Нитратные удобрения с гораздо большей вероятностью теряются в почвенном профиле со стоком из-за их высокой растворимости и одинаковых зарядов между молекулами и отрицательно заряженными частицами глины. [16] Высокие нормы внесения азотсодержащих удобрений в сочетании с высокой растворимостью нитратов в воде приводят к увеличению стока в поверхностные воды, а также выщелачиванию в грунтовые воды, что приводит к загрязнению грунтовых вод . Уровни нитратов в грунтовых водах выше 10 мг/л (10 частей на миллион) могут вызвать « синдром голубого ребенка » (приобретенной метгемоглобинемии) у младенцев, а также, возможно, заболевания щитовидной железы и различные виды рака. [17] Азотфиксация, при которой атмосферный азот (N 2 ) преобразуется в аммиак, и денитрификация, при которой биологически доступные соединения азота преобразуются в N 2 и N 2 O, являются двумя наиболее важными метаболическими процессами, участвующими в круговороте азота, поскольку они являются крупнейшими источниками ресурсов. и выбросы азота в экосистемы. Они позволяют азоту течь между атмосферой (около 78% азота) и биосферой. Другими важными процессами в круговороте азота являются нитрификация и аммонификация, которые превращают аммоний в нитрат или нитрит, а органические вещества в аммиак соответственно. Поскольку эти процессы поддерживают относительно стабильную концентрацию азота в большинстве экосистем, большой приток азота из сельскохозяйственных стоков может вызвать серьезные нарушения. [18] Общим результатом этого в водных экосистемах является эвтрофикация , которая, в свою очередь, создает гипоксические и бескислородные условия, которые смертельны и/или наносят ущерб многим видам. [19] Азотные удобрения также могут привести к выбросу газов NH 3 в атмосферу, которые затем могут быть преобразованы в NO x соединения . Увеличение количества соединений NO x в атмосфере может привести к закислению водных экосистем и вызвать различные респираторные проблемы у людей. Внесение удобрений также может привести к высвобождению N 2 O, который является парниковым газом и может способствовать разрушению озона (O 3 ) в стратосфере. [20] Почвы, получающие азотные удобрения, также могут быть повреждены. 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 органических веществ в ней будет истощено, что приведет к ухудшению общего состояния почвы . [21]
Фосфор
[ редактировать ] | В этом разделе могут содержаться материалы, не относящиеся к теме статьи . ( Апрель 2024 г. ) |
Наиболее распространенной формой фосфорных удобрений, используемых в сельскохозяйственной практике, является фосфат (PO 4 3- ), и он применяется в синтетических соединениях, содержащих PO 4 3- или в органических формах, таких как навоз и компост. [22] 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 метаболическая передача энергии. Однако большинству организмов, включая сельскохозяйственные культуры, требуется лишь небольшое количество фосфора, поскольку они эволюционировали в экосистемах с относительно низким его количеством. [23] Популяции микроорганизмов в почвах способны преобразовывать органические формы фосфора в растворимые формы, доступные для растений, такие как фосфат. При использовании неорганических удобрений этот этап обычно обходят, поскольку он применяется в виде фосфата 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 осадков или ливневого стока . Количество, попадающее 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 его количество может нарушить естественные биогеохимические циклы фосфора в экосистеме. [24] Хотя азот играет роль в вредоносном цветении водорослей и цианобактерий, вызывающем эвтрофикацию, избыток фосфора считается основным фактором, способствующим этому, поскольку фосфор часто является наиболее лимитирующим питательным веществом, особенно в пресных водах. [25] 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. [26]
Концентрация кадмия в фосфорсодержащих удобрениях значительно варьируется и может быть проблематичной. Например, моноаммонийно-фосфатное удобрение может иметь содержание кадмия от 0,14 мг/кг до 50,9 мг/кг. Это связано с тем, что фосфоритная руда, используемая при их производстве, может содержать до 188 мг/кг кадмия (примерами являются месторождения на Науру и островах Рождества). Постоянное использование удобрений с высоким содержанием кадмия может загрязнить почву и растения. Ограничения на содержание кадмия в фосфорных удобрениях были рассмотрены Европейской Комиссией . Производители фосфорсодержащих удобрений теперь выбирают фосфориты по содержанию кадмия. [27] Фосфатные породы содержат высокий уровень фторида . Следовательно, широкое использование фосфорных удобрений привело к увеличению концентрации фторида в почве. Было обнаружено, что загрязнение пищевых продуктов удобрениями не вызывает особого беспокойства, поскольку растения накапливают мало фтора из почвы; большую озабоченность вызывает возможность токсичности фторида для домашнего скота, который потребляет загрязненную почву. Также возможное беспокойство вызывает воздействие фторида на почвенные микроорганизмы. [28]
- 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 фосфоритах и от 1 до 67 пКи/г в фосфорных удобрениях. При использовании высоких годовых норм фосфорных удобрений это может привести к тому, что концентрации урана-238 в почвах и дренажных водах в несколько раз превышают нормальные. Однако влияние этих повышений на риск для здоровья человека от загрязнения пищевых продуктов радионуклидами очень незначительно (менее 0,05 мЗв/год). [ нужна ссылка ]
Из техники
[ редактировать ]Сельскохозяйственные машины и оборудование, выделяющие значительные количества вредных газов. [29]
Землеустройство
[ редактировать ]Эрозия почвы и седиментация
[ редактировать ]
Сельское хозяйство вносит значительный вклад в эрозию почвы и отложение наносов из-за интенсивного управления или неэффективного растительного покрова. [30] По оценкам, деградация сельскохозяйственных земель ежегодно приводит к необратимому снижению плодородия примерно на 6 миллионах га плодородных земель. [31] Накопление осадков (т.е. седиментация) в сточных водах по-разному влияет на качество воды. [ нужна ссылка ] Отложение осадков может снизить пропускную способность канав, ручьев, рек и судоходных каналов. Это также может ограничить количество света, проникающего в воду, что влияет на водную биоту. Возникающая в результате мутности отложений может повлиять на пищевые привычки рыб, влияя на динамику популяций. Седиментация также влияет на транспорт и накопление загрязняющих веществ, включая фосфор и различные пестициды. [32]
Обработка почвы и выбросы закиси азота
[ редактировать ]Естественные почвенные биогеохимические процессы приводят к выбросам различных парниковых газов, в том числе закиси азота. Практика управления сельским хозяйством может влиять на уровень выбросов. Например, было показано, что уровень обработки почвы влияет на выбросы закиси азота . [33]
Органическое сельское хозяйство в целях смягчения последствий
[ редактировать ]С экологической точки зрения, внесение удобрений , перепроизводство и использование пестицидов в традиционном сельском хозяйстве нанесли и продолжают наносить во всем мире огромный ущерб местным экосистемам , здоровью почвы , [34] [35] [36] биоразнообразие, подземные и питьевые воды фермеров , а иногда и здоровье и плодородие . [37] [38] [39] [40] [41]
Органическое сельское хозяйство, как правило, снижает некоторое воздействие на окружающую среду по сравнению с традиционным сельским хозяйством, но масштабы сокращения сложно определить количественно и варьируются в зависимости от методов ведения сельского хозяйства. В некоторых случаях сокращение пищевых отходов и изменение рациона питания могут принести большую пользу. [41] Исследование, проведенное в 2020 году в Техническом университете Мюнхена, показало, что выбросы парниковых газов от продуктов растительного происхождения, выращенных органически, были ниже, чем от продуктов растительного происхождения, выращенных традиционным способом. Затраты на выбросы парниковых газов в мясе, произведенном органическим способом, были примерно такими же, как и в мясе, произведенном неорганически. [42] [43] Однако в том же документе отмечается, что переход от традиционных методов к органическим, вероятно, будет полезен для долгосрочной эффективности и экосистемных услуг и, вероятно, со временем улучшит почву. [43]
Исследование по оценке жизненного цикла, проведенное в 2019 году, показало, что перевод всего сельскохозяйственного сектора (как растениеводства, так и животноводства) в Англии и Уэльсе на методы органического земледелия приведет к чистому увеличению выбросов парниковых газов за счет увеличения использования земель за рубежом для производства и импорта сельскохозяйственных культур. потребуется, чтобы компенсировать более низкую урожайность органических продуктов внутри страны. [44]Биотические источники
[ редактировать ]Органические загрязнения
[ редактировать ]Навоз и твердые биологические вещества , хотя и имеют ценность в качестве удобрений, они также могут содержать загрязняющие вещества, в том числе фармацевтические препараты и средства личной гигиены (PPCP). Широкое разнообразие и огромное количество PPCP, потребляемых животными. [45]
Парниковые газы из фекальных отходов
[ редактировать ]Объединенных Наций Продовольственная и сельскохозяйственная организация (ФАО) предсказала, что 18% антропогенных парниковых газов прямо или косвенно поступает от мирового скота. В этом отчете также предполагается, что выбросы от животноводства превышают выбросы от транспортного сектора. Хотя в настоящее время животноводство действительно играет роль в производстве выбросов парниковых газов , утверждается, что эти оценки являются искажением. Хотя ФАО использовала оценку жизненного цикла животноводства (т.е. все аспекты, включая выбросы от выращивания сельскохозяйственных культур на корм, транспортировки на убой и т. д.), она не применяла ту же оценку для транспортного сектора. [46]
Альтернативные источники [47] утверждают, что оценки ФАО слишком занижены, заявляя, что мировая отрасль животноводства может быть ответственной за до 51% выбросов парниковых газов в атмосферу, а не за 18%. [48] Критики говорят, что разница в оценках связана с использованием ФАО устаревших данных. Тем не менее, если отчет ФАО о 18% соответствует действительности, это все равно делает животноводство вторым по величине загрязнителем парниковых газов.
Модель PNAS показала, что даже если бы животные были полностью исключены из сельского хозяйства и рациона США, выбросы парниковых газов в США сократились бы только на 2,6% (или 28% выбросов парниковых газов в сельском хозяйстве). Это связано с необходимостью заменить навоз животных удобрениями, а также другими побочными продуктами животного происхождения, а также потому, что домашний скот в настоящее время использует несъедобные для человека продукты питания и побочные продукты переработки клетчатки. Более того, люди будут страдать от большего количества дефицита необходимых питательных веществ, хотя и будут получать больший избыток энергии, что, возможно, приведет к большему ожирению. [49]
Интродуцированные виды
[ редактировать ]Инвазивные виды
[ редактировать ]
Растущая глобализация сельского хозяйства привела к случайному переносу вредителей, сорняков и болезней в новые ареалы. Если они приживутся, они станут инвазивным видом, который может повлиять на популяции местных видов. [50] и угрожают сельскохозяйственному производству. [11] Например, перевозка шмелей, выращенных в Европе и отправленных в Соединенные Штаты и/или Канаду для использования в качестве коммерческих опылителей, привела к заносу паразита Старого Света в Новый Свет. [51] Это введение может сыграть роль в недавнем сокращении численности местных шмелей в Северной Америке. [52] Интродуцированные в сельском хозяйстве виды также могут гибридизоваться с местными видами, что приводит к снижению генетического биоразнообразия. [50] и угрожают сельскохозяйственному производству. [11]
среды обитания Нарушение , связанное с самими методами ведения сельского хозяйства, также может способствовать укоренению этих интродуцированных организмов. Загрязненная техника, домашний скот и корма, а также зараженные семена сельскохозяйственных культур или пастбищ также могут привести к распространению сорняков. [53]
Карантины (см. раздел «Биобезопасность ») являются одним из способов регулирования предотвращения распространения инвазивных видов на политическом уровне. Карантин — это юридический инструмент, ограничивающий перемещение зараженного материала из районов, где присутствует инвазивный вид, в районы, где он отсутствует.Всемирная торговая организация имеет международные правила карантина вредителей и болезней в соответствии с Соглашением о применении санитарных и фитосанитарных мер . Отдельные страны часто имеют свои собственные правила карантина. В Соединенных Штатах, например, Министерство сельского хозяйства США / Служба инспекции здоровья животных и растений (USDA/APHIS) управляет внутренним (внутри Соединенных Штатов) и иностранным (импорт из-за пределов Соединенных Штатов) карантином. За соблюдением карантина следят инспекторы на государственных границах и в портах въезда. [12]
Биологический контроль
[ редактировать ]Использование биологических средств борьбы с вредителями или использование хищников, паразитоидов , паразитов и патогенов для борьбы с сельскохозяйственными вредителями потенциально может снизить загрязнение сельского хозяйства, связанное с другими методами борьбы с вредителями, такими как использование пестицидов. Однако преимущества внедрения неродных агентов биоконтроля широко обсуждаются. После высвобождения введение агента биоконтроля может стать необратимым. Потенциальные экологические проблемы могут включать в себя расселение из сельскохозяйственных мест обитания в естественную среду, а также смену хозяина или адаптацию к использованию местных видов. Кроме того, предсказать результаты взаимодействия в сложных экосистемах и потенциальные экологические последствия до выброса может быть сложно. Один из примеров программы биоконтроля, которая привела к экологическому ущербу, произошел в Северной Америке, где паразитоид бабочек был завезен для борьбы с непарным шелкопрядом и бурохвостой плодожоркой. Этот паразитоид способен использовать многие виды бабочек-хозяев и, вероятно, привел к сокращению и истреблению нескольких местных видов шелкопряда. [54]
Международным исследованиям потенциальных агентов биоконтроля помогают такие агентства, как Европейская лаборатория биологического контроля, Министерство сельского хозяйства США/ Служба сельскохозяйственных исследований (USDA/ARS), Институт биологического контроля Содружества и Международная организация по биологическому контролю вредных веществ. Растения и животные. Чтобы предотвратить сельскохозяйственное загрязнение, перед интродукцией требуется карантин и обширные исследования потенциальной эффективности организма и его воздействия на окружающую среду. В случае одобрения предпринимаются попытки колонизировать и распространить агент биоконтроля в соответствующих сельскохозяйственных условиях. Проводятся постоянные оценки их эффективности. [12]
Генетически модифицированные организмы (ГМО)
[ редактировать ]
Генетическое заражение и экологические последствия
[ редактировать ]Однако ГМО-культуры могут привести к генетическому загрязнению местных видов растений в результате гибридизации. Это может привести к усилению засоренности растения или исчезновению местных видов. Кроме того, само трансгенное растение может стать сорняком, если модификация улучшит его приспособленность к данной среде. [11]
Существуют также опасения, что нецелевые организмы, такие как опылители и естественные враги, могут быть отравлены при случайном проглатывании Bt-продуцирующих растений. Недавнее исследование, проверяющее влияние пыльцы кукурузы Bt, опыляющей близлежащие растения молочая, на питание личинок бабочки-монарха, показало, что угроза для популяций монарха была низкой. [11]
Использование ГМО-растений, устойчивых к гербицидам, также может косвенно увеличить объем сельскохозяйственного загрязнения, связанного с использованием гербицидов . Например, более широкое использование гербицидов на устойчивых к гербицидам кукурузных полях на Среднем Западе США приводит к уменьшению количества молочая, доступного для личинок бабочки-монарха . [11]
Регулирование выпуска генетически модифицированных организмов варьируется в зависимости от типа организма и соответствующей страны. [55]
ГМО как инструмент снижения загрязнения
[ редактировать ]Хотя могут возникнуть некоторые опасения по поводу использования ГМ-продуктов, это также может быть решением некоторых существующих проблем загрязнения в животноводстве. Один из основных источников загрязнения, особенно занос витаминов и минералов в почву, связан с недостаточной пищеварительной способностью 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. [ нужна ссылка ]
Энвиропиг фитазу — это генетически модифицированная йоркширская свинья, которая экспрессирует в своей слюне. Зерна, такие как кукуруза и пшеница, содержат фосфор, который связан в естественно неперевариваемой форме, известной как фитиновая кислота. Затем в рацион добавляют фосфор , необходимое питательное вещество для свиней, поскольку он не расщепляется в пищеварительном тракте свиней. В результате почти весь фосфор, который естественным образом содержится в зерне, теряется 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 зерна исключает потери этого природного фосфора (снижение на 20-60%), а также устраняет необходимость добавления питательных веществ в корм. [56]
Управление животными
[ редактировать ]Управление навозом
[ редактировать ]Одним из основных источников загрязнения воздуха, почвы и воды являются отходы животноводства. Согласно отчету Министерства сельского хозяйства США за 2005 год, на фермах в Соединенных Штатах ежегодно производится более 335 миллионов тонн отходов «сухого вещества» (отходов после удаления воды). [57] Ежегодно предприятия по кормлению животных производят примерно в 100 раз больше навоза, чем количество осадка сточных вод человека, перерабатываемого на городских очистных сооружениях США. Загрязнение из диффузных источников, вызываемых сельскохозяйственными удобрениями, труднее отслеживать, контролировать и контролировать. Высокие концентрации нитратов обнаруживаются в грунтовых водах и могут достигать 50 мг/литр (предел, установленный Директивой ЕС). в канавах и руслах рек Загрязнение питательными веществами удобрений вызывает эвтрофикацию. Хуже зимой, после того как осенняя вспашка вызвала выброс нитратов; Зимние осадки становятся более тяжелыми, что приводит к увеличению стока и выщелачивания, а поглощение растениями снижается. Агентство по охране окружающей среды предполагает, что одна молочная ферма с 2500 коровами производит столько же отходов, сколько город с населением около 411 000 человек. [58] Национальный исследовательский совет США назвал запахи наиболее серьезной проблемой выбросов животных на местном уровне. Различные системы животноводства приняли несколько процедур управления отходами, чтобы справиться с большим количеством отходов, образующихся ежегодно.
Преимущества обработки навозом заключаются в уменьшении количества навоза, который необходимо транспортировать и вносить под посевы, а также в уменьшении уплотнения почвы. Количество питательных веществ также снижается, а это означает, что для внесения 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 навозная жижа животных в сто раз более концентрированы, чем бытовые сточные воды, и могут содержать кишечного паразита Cryptosporidium , которого трудно обнаружить, но который может передаваться человеку. Силосный раствор (из ферментированной влажной травы) даже более крепкий, чем навоз, с низким pH и очень высокой биологической потребностью в кислороде. При низком pH силосный раствор может быть очень коррозионным; 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 с учетом имеющихся ресурсов. [ нужна ссылка ]
Обработка навоза
[ редактировать ]Компостирование
[ редактировать ]Компостирование — это система управления твердым навозом, в которой используется твердый навоз из загонов с подстилкой или твердые вещества из сепаратора жидкого навоза. Существует два метода компостирования: активный и пассивный. Навоз периодически сбивается во время активного компостирования, тогда как при пассивном компостировании этого не происходит. Было обнаружено, что пассивное компостирование приводит к меньшим выбросам парниковых газов из-за неполного разложения и более низкой скорости диффузии газа. [ нужна ссылка ]
Разделение твердой и жидкой фаз
[ редактировать ]Навоз можно механически разделить на твердую и жидкую части для облегчения утилизации. Жидкости (4–8% сухого вещества) можно легко использовать в насосных системах для удобного распределения по сельскохозяйственным культурам, а твердую фракцию (15–30% сухого вещества) можно использовать в качестве подстилки в стойлах, разбрасывать по сельскохозяйственным культурам, компостировать или экспортировать. [ нужна ссылка ]
Анаэробное сбраживание и лагуны
[ редактировать ]
Анаэробное сбраживание — это биологическая обработка жидких отходов животноводства с использованием бактерий в зоне отсутствия воздуха, что способствует разложению органических твердых веществ. Горячая вода используется для нагрева отходов с целью увеличения скорости производства биогаза . [59] Оставшаяся жидкость богата питательными веществами и может использоваться на полях в качестве удобрения и метана, который можно сжигать непосредственно в биогазовой печи. [60] или в двигателе-генераторе для производства электроэнергии и тепла. [59] [61] Метан примерно в 20 раз более эффективен как парниковый газ, чем углекислый газ, который, если его не контролировать должным образом, оказывает значительное негативное воздействие на окружающую среду. Анаэробная обработка отходов — лучший метод борьбы с запахом, связанным с уборкой навоза. [59]
В лагунах биологической очистки также используется анаэробное сбраживание для расщепления твердых веществ, но гораздо медленнее. В лагунах поддерживается температура окружающей среды, в отличие от подогреваемых резервуаров для разложения. Для правильной работы лагунам требуются большие земельные площади и большие объемы разбавления, поэтому они не очень хорошо работают во многих климатических условиях северной части Соединенных Штатов. Лагуны также обладают преимуществом уменьшения запаха, а биогаз используется для производства тепла и электроэнергии. [62]
Исследования показали, что выбросы парниковых газов сокращаются при использовании систем аэробного сбраживания. Сокращение выбросов парниковых газов и кредиты могут помочь компенсировать более высокие затраты на установку более чистых аэробных технологий и способствовать внедрению производителями экологически более совершенных технологий для замены нынешних анаэробных лагун. [63]
См. также
[ редактировать ]- Воздействие сельского хозяйства на окружающую среду
- Агроэкология
- Сток сельскохозяйственных питательных веществ
- Сельскохозяйственный поверхностный сток
- Сельскохозяйственные сточные воды
- Биоэкономика
- Споры о генетически модифицированных продуктах питания
- Управление питательными веществами
- Борьба с вредителями
- Пестициды # Альтернативы
- Обработка почвы
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Информационный бюллетень по неточечным источникам в сельском хозяйстве» . Агентство по охране окружающей среды США . Агентство по охране окружающей среды. 20 февраля 2015 г. Проверено 22 апреля 2015 г.
- ^ «Исследование экологического воздействия методов ведения сельского хозяйства на природные ресурсы». Геологическая служба США. Январь 2007 г., pubs.usgs.gov/fs/2007/3001/pdf/508FS2007_3001.pdf. По состоянию на 2 апреля 2018 г.
- ^ МГЭИК (2019). Шукла, PR; Ски, Дж.; Кальво Буэндиа, Э.; Массон-Дельмотт, В.; и др. (ред.). Специальный доклад МГЭИК об изменении климата, загрязнении, опустынивании, деградации земель, устойчивом землепользовании, продовольственной безопасности и потоках парниковых газов в наземных экосистемах (PDF) . В печати. https://www.ipcc.ch/report/srccl/ .
- ^ Стефанович, Лилиана; Фрейтаг-Лейер, Барбара; Каль, Йоханнес (2020). «Результаты продовольственной системы: обзор и вклад в трансформацию продовольственных систем» . Границы устойчивых продовольственных систем . 4 . дои : 10.3389/fsufs.2020.546167 . ISSN 2571-581X .
- ^ Лейп, Адриан; Бодирский, Бенджамин Леон; Кугельберг, Сюзанна (1 марта 2021 г.). «Роль азота в создании устойчивых продовольственных систем для здорового питания» . Глобальная продовольственная безопасность . 28 : 100408. Бибкод : 2021GlFS...2800408L . дои : 10.1016/j.gfs.2020.100408 . ПМЦ 7938701 . ПМИД 33738182 .
- ^ Аллиеви, Франческа; Антонелли, Марта; Дембска, Катажина; Принципато, Людовика (2019). «Понимание глобальной продовольственной системы» . Достижение целей устойчивого развития посредством устойчивых продовольственных систем . стр. 3–23. дои : 10.1007/978-3-030-23969-5_1 . ISBN 978-3-030-23968-8 .
- ^ Канада, Сельское хозяйство и агропродовольствие (18 июля 2014 г.). «Сельское хозяйство и качество воды» . сельское хозяйство.canada.ca . Проверено 12 апреля 2024 г.
- ^ «Сельскохозяйственная техника – Пестициды, гербициды, удобрения | Британника» . www.britanica.com . Проверено 12 апреля 2024 г.
- ^ «Экологические базы данных: База данных по экотоксичности» . Пестициды: наука и политика . Вашингтон, округ Колумбия: Агентство по охране окружающей среды США (EPA). 28 июня 2006 г. Архивировано из оригинала 4 июля 2014 г.
- ^ Канада, Сельское хозяйство и агропродовольствие (18 июля 2014 г.). «Сельское хозяйство и качество воды» . сельское хозяйство.canada.ca . Проверено 12 апреля 2024 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж Гуллан, П.Дж.; Крэнстон, PS (2010). Насекомые: Очерк энтомологии . Джон Уайли и сыновья. ISBN 978-1-4443-1767-1 . [ нужна страница ]
- ^ Перейти обратно: а б с д LP Pedigo и М. Райс. 2009. Энтомология и борьба с вредителями, 6-е издание. Прентис Холл: 816 стр. [ нужна страница ]
- ^ Монтесинос, Эмилио (декабрь 2003 г.). «Разработка, регистрация и коммерциализация микробных пестицидов для защиты растений» . Международная микробиология . 6 (4): 245–252. дои : 10.1007/s10123-003-0144-x . ПМИД 12955583 .
- ^ «Экологическая судьба пестицидов» . Мудрость в отношении пестицидов . Виктория, Британская Колумбия: Министерство сельского хозяйства Британской Колумбии. Архивировано из оригинала 25 декабря 2015 г.
- ^ Смиль, Вацлав (2011). «Азотный цикл и мировое производство продуктов питания» (PDF) . Мировое сельское хозяйство . 2 : 9–13.
- ^ «Краткий обзор азотного цикла и источников азотных удобрений – Часть 1» . Расширение МГУ . Февраль 2017 года . Проверено 10 апреля 2020 г.
- ^ Уорд, Мэри Х.; Джонс, Рена Р.; Брендер, Джин 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 экологических исследований и общественного здравоохранения . 15 (7): 1557. doi : 10.3390/ijerph15071557 . ISSN 1661-7827 . ПМК 6068531 . ПМИД 30041450 .
- ^ Бернхард, Энн (2010). «Азотный цикл: процессы, участники и влияние человека» . Знания о природном образовании . 3 (10): 25.
- ^ Диас, Роберт; Розенберг, Рутгер (15 августа 2008 г.). «Распространение мертвых зон и последствия для морских экосистем». Наука . 321 (5891): 926–929. Бибкод : 2008Sci...321..926D . дои : 10.1126/science.1156401 . ПМИД 18703733 . S2CID 32818786 .
- ^ Эрисман, Ян Виллем; Галлоуэй, Джеймс Н.; Зейцингер, Сибил; Бликер, Альберт; Дайс, Нэнси Б.; Петреску, AM Роксана; Лич, Эллисон М.; де Врис, Вим (5 июля 2013 г.). «Последствия человеческой модификации глобального азотного цикла» . Философские труды Королевского общества B: Биологические науки . 368 (1621): 20130116. doi : 10.1098/rstb.2013.0116 . ISSN 0962-8436 . ПМЦ 3682738 . ПМИД 23713116 .
- ^ Лу, Чаокун; Тянь, Ханьцинь (2 марта 2017 г.). «Глобальное использование азотных и фосфорных удобрений в сельскохозяйственном производстве за последние полвека: смещение горячих точек и дисбаланс питательных веществ» . Данные науки о системе Земли . 9 (1): 181–192. Бибкод : 2017ESSD....9..181L . дои : 10.5194/essd-9-181-2017 .
- ^ «Понимание фосфорных удобрений» . расширение.umn.edu . Проверено 9 апреля 2020 г.
- ^ Харт, Мюррей Р.; Куин, Берт Ф.; Нгуен, М. Лонг (ноябрь 2004 г.). «Сток фосфора с сельскохозяйственных земель и прямое воздействие удобрений: обзор». Журнал качества окружающей среды . 33 (6): 1954–1972. Бибкод : 2004JEnvQ..33.1954H . дои : 10.2134/jeq2004.1954 . ПМИД 15537918 .
- ^ «Управление фосфором для сельского хозяйства и окружающей среды (Пенсильванская программа управления питательными веществами)» . Программа управления питательными веществами Пенсильвании (расширение штата Пенсильвания) . Архивировано из оригинала 7 июня 2019 г. Проверено 9 апреля 2020 г.
- ^ Агентство по охране окружающей среды США, штат Огайо (27 ноября 2013 г.). «Индикаторы: Фосфор» . Агентство по охране окружающей среды США . Проверено 19 апреля 2020 г.
- ^ Агентство по охране окружающей среды США, штат Огайо (12 марта 2013 г.). «Последствия: мертвые зоны и вредоносное цветение водорослей» . Агентство по охране окружающей среды США . Проверено 10 апреля 2020 г.
- ^ Мар, Шве Шве; Окадзаки, Масанори (сентябрь 2012 г.). «Исследование содержания Cd в некоторых фосфоритах, используемых для производства удобрений». Микрохимический журнал . 104 : 17–21. дои : 10.1016/j.microc.2012.03.020 .
- ^ Очоа-Эррера, Валерия; Банихани, Кайс; Леон, Гленди; Кхатри, Чандра; Филд, Джеймс А.; Сьерра-Альварес, Рейес (июль 2009 г.). «Токсичность фторида для микроорганизмов в системах биологической очистки сточных вод». Исследования воды . 43 (13): 3177–3186. Бибкод : 2009WatRe..43.3177O . дои : 10.1016/j.watres.2009.04.032 . ПМИД 19457531 .
- ^ Технология, Международная экология. «5 типов сельскохозяйственного загрязнения» . Энвиротех Онлайн . Проверено 12 апреля 2024 г.
- ^ Комитет по долгосрочному сохранению почвы и воды, Национальный исследовательский совет. 1993. Качество почвы и воды: повестка дня для сельского хозяйства. Издательство Национальной академии: Вашингтон, округ Колумбия [ нужна страница ]
- ^ Дюдал, Р. (1981). «Оценка природоохранных потребностей». В Моргане, RPC (ред.). Охрана почв, проблемы и перспективы . Чичестер, Великобритания: Wiley. стр. 3–12.
- ^ Абрантес, Нельсон; Перейра, Рут; Гонсалвеш, Фернандо (30 января 2010 г.). «Наличие пестицидов в воде, отложениях и тканях рыб в озере, окруженном сельскохозяйственными угодьями: относительно рисков для человека и экологических рецепторов». Загрязнение воды, воздуха и почвы . 212 (1–4). ООО «Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа»: 77–88. Бибкод : 2010WASP..212...77A . дои : 10.1007/s11270-010-0323-2 . ISSN 0049-6979 . S2CID 93206521 .
- ^ Маккензи, AF; Фан, М. Х; Кадрин, Ф (1998). «Выбросы закиси азота за три года под влиянием обработки почвы, севооборота кукурузы, сои и люцерны и азотных удобрений». Журнал качества окружающей среды . 27 (3): 698–703. Бибкод : 1998JEnvQ..27..698M . дои : 10.2134/jeq1998.00472425002700030029x .
- ^ Рив-младший; Хоугланд, Луизиана; Вильяльба, Джей Джей; Карр, премьер-министр; Атуча, А.; Камбарделла, К.; Дэвис, доктор медицинских наук; Делат, К. (1 января 2016 г.). «Глава шестая – Органическое земледелие, здоровье почвы и качество продуктов питания: рассмотрение возможных связей». Достижения в агрономии . 137 . Академическая пресса: 319–367. дои : 10.1016/bs.agron.2015.12.003 .
- ^ Талли, Кэтрин Л.; Макаскилл, Каллен (1 сентября 2020 г.). «Содействие здоровью почвы в органически управляемых системах: обзор». Органическое сельское хозяйство . 10 (3): 339–358. Бибкод : 2020ОргАг..10..339Т . дои : 10.1007/s13165-019-00275-1 . ISSN 1879-4246 . S2CID 209429041 .
- ^ М. Тахат, Монтер; М. Алананбе, Холуд; А. Осман, Яхия; И. Лесковар, Даниэль (январь 2020 г.). «Здоровье почвы и устойчивое сельское хозяйство» . Устойчивость . 12 (12): 4859. дои : 10.3390/su12124859 .
- ^ Брайан Мосс (12 февраля 2008 г.). «Загрязнение воды сельским хозяйством» . Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci . 363 (1491): 659–66. дои : 10.1098/rstb.2007.2176 . ПМК 2610176 . ПМИД 17666391 .
- ^ «Социальные, культурные, институциональные и экономические аспекты эвтрофикации» . ЮНЕП . Проверено 14 октября 2018 г.
- ^ Актар; и др. (март 2009 г.). «Воздействие использования пестицидов в сельском хозяйстве: их польза и опасность» . Междисциплинарный токсикол . 2 (1): 1–12. дои : 10.2478/v10102-009-0001-7 . ПМК 2984095 . ПМИД 21217838 .
- ^ Шэрон Остук (17 июня 2013 г.). «Пестициды вызывают масштабную утрату биоразнообразия» . Природа . дои : 10.1038/nature.2013.13214 . S2CID 130350392 . Проверено 14 октября 2018 г.
- ^ Перейти обратно: а б Зойферт, Верена; Раманкутти, Навин (2017). «Много оттенков серого — контекстно-зависимая эффективность органического сельского хозяйства» . Достижения науки . 3 (3): e1602638. Бибкод : 2017SciA....3E2638S . дои : 10.1126/sciadv.1602638 . ISSN 2375-2548 . ПМК 5362009 . ПМИД 28345054 .
- ^ «Обнаружено, что органическое мясо оказывает примерно такое же парниковое воздействие, как и обычное мясо» . физ.орг . Проверено 31 декабря 2020 г.
- ^ Перейти обратно: а б Пипер, Максимилиан; Михалке, Амели; Гоглер, Тобиас (15 декабря 2020 г.). «Расчет внешних климатических издержек на продукты питания указывает на неадекватное ценообразование на продукты животного происхождения» . Природные коммуникации . 11 (1): 6117. Бибкод : 2020NatCo..11.6117P . дои : 10.1038/s41467-020-19474-6 . ISSN 2041-1723 . ПМЦ 7738510 . ПМИД 33323933 .
- ^ Смит, Лоуренс Г.; Кирк, Гай Джей Ди; Джонс, Филип Дж.; Уильямс, Адриан Г. (22 октября 2019 г.). «Воздействие парниковых газов при переводе производства продуктов питания в Англии и Уэльсе на органические методы» . Природные коммуникации . 10 (1): 4641. Бибкод : 2019NatCo..10.4641S . дои : 10.1038/s41467-019-12622-7 . ПМК 6805889 . ПМИД 31641128 .
- ^ «Обследование осадка сточных вод» . Биотвердые вещества . Агентство по охране окружающей среды. 17 августа 2016 г.
- ^ Питески, Морис Э; Стэкхаус, Кимберли Р.; Митленер, Фрэнк М. (2009). «Очищение воздуха: вклад животноводства в изменение климата». Достижения в агрономии . Том. 103. стр. 1–40. дои : 10.1016/S0065-2113(09)03001-6 . ISBN 978-0-12-374819-5 .
- ^ Роберт Гудленд; Джефф Анханг (ноябрь – декабрь 2009 г.). «Животноводство и изменение климата: что, если ключевыми участниками изменения климата станут... коровы, свиньи и куры?» (PDF) . Мировой дозор . Архивировано из оригинала (PDF) 5 ноября 2009 г.
- ^ Допельт, Керен; Радон, Пнина; Давидович, Надав (16 апреля 2019 г.). «Воздействие животноводства на окружающую среду: взаимосвязь между знаниями, отношениями и поведением студентов в Израиле» . Международный журнал экологических исследований и общественного здравоохранения . 16 (8): 1359. doi : 10.3390/ijerph16081359 . ПМК 6518108 . ПМИД 31014019 .
- ^ Уайт, Робин Р.; Холл, Мэри Бет (13 ноября 2017 г.). «Влияние удаления животных из сельского хозяйства США на питание и выбросы парниковых газов» . Труды Национальной академии наук . 114 (48): Е10301–Е10308. Бибкод : 2017PNAS..11410301W . дои : 10.1073/pnas.1707322114 . ПМЦ 5715743 . ПМИД 29133422 .
- ^ Перейти обратно: а б Муни, HA; Клеланд, Э. Э. (2001). «Эволюционное влияние инвазивных видов» . Труды Национальной академии наук . 98 (10): 5446–51. Бибкод : 2001PNAS...98.5446M . дои : 10.1073/pnas.091093398 . ПМЦ 33232 . ПМИД 11344292 .
- ^ Кеван, П.Г. (2008). « Бомбус Франклини » . Красный список исчезающих видов МСОП . 2008 : e.T135295A4070259. doi : 10.2305/IUCN.UK.2008.RLTS.T135295A4070259.en . Проверено 31 мая 2024 г.
- ^ Торп, RW; Шепард, доктор медицины (2005). «Профиль: Подрод Bombus Lateille 1802 (Apidae: Apinae: Bombini)». В Шеперде, Мэриленд; Воган, DM; Блэк, С.Х. (ред.). Красный список насекомых-опылителей Северной Америки . Портленд, Орегон: Общество охраны беспозвоночных Xerces. [ нужна страница ]
- ^ «Домашняя страница сорняков в Австралии» . Weeds.gov.au. 12 июня 2013 г. Проверено 24 июля 2013 г. [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Лауда, С.М.; Пембертон, RW; Джонсон, Монтана; Фоллетт, Пенсильвания (январь 2003 г.). «Нецелевые эффекты - ахиллесова пята биологического контроля? Ретроспективный анализ для снижения риска, связанного с внедрением биоконтроля». Ежегодный обзор энтомологии . 48 (1): 365–396. дои : 10.1146/annurev.ento.48.060402.102800 . ПМИД 12208812 .
- ^ Гаг, Сиддхеш Б. (2024). «Генетически модифицированные организмы и их нормативная база». Глобальные перспективы регулирования CRISPR-растений . стр. 147–166. дои : 10.1016/B978-0-443-18444-4.00023-5 . ISBN 978-0-443-18444-4 .
- ^ Головань Сергей П; Мейдингер, Рой Дж; Аджакайе, Айоделе; Коттрилл, Майкл; Видеркер, Майлз З.; Барни, Дэвид Дж; Плант, Клэр; Поллард, Джон В.; Фань, Мин Зи; Хейс, М. Энтони; Лаурсен, Йеспер; Хьёрт, Дж. Питер; Хакер, Роджер Р.; Филлипс, Джон П; Форсберг, Сесил В. (2001). «Свиньи, экспрессирующие слюнную фитазу, производят навоз с низким содержанием фосфора». Природная биотехнология . 19 (8): 741–5. дои : 10.1038/90788 . ПМИД 11479566 . S2CID 52853680 .
- ^ Служба сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США. «Годовой отчет об использовании навоза и побочных продуктов за 2005 финансовый год», 31 мая 2006 г.
- ^ Оценка управления рисками для предприятий по концентрированному кормлению животных (Отчет). Цинциннати, Огайо: Агентство по охране окружающей среды. Май 2004. с. 7. EPA 600/R-04/042.
- ^ Перейти обратно: а б с Оценка потребности в системе очистки навоза (PDF) (Отчет). Информационный бюллетень. Итака, Нью-Йорк: Программа управления навозом Корнелльского университета. 12 апреля 2005 г. МТ-1.
- ^ Рубик, Хинек; Мазанцова, Яна; Пхунг, Ле Динь; Банаут, январь (2018). «Современный подход к использованию навоза для мелких фермеров Юго-Восточной Азии - на примере вьетнамских биогазовых и небиогазовых ферм». Возобновляемая энергия . 115 : 362–70. Бибкод : 2018REne..115..362R . doi : 10.1016/j.renene.2017.08.068 .
- ^ Животноводство: практика управления отходами (PDF) (отчет). Вашингтон, округ Колумбия: Главное бухгалтерское управление США. Июль 1999 г. стр. 9–11. ГАО/RCED-99-205. Архивировано из оригинала (PDF) 27 февраля 2021 г. Проверено 5 марта 2012 г.
- ^ Анаэробные лагуны (PDF) (Отчет). Информационный бюллетень по технологиям очистки сточных вод. Агентство по охране окружающей среды. Сентябрь 2002 г. EPA 832-F-02-009.
- ^ Ванотти, МБ; Сзоги, А.А.; Вивес, Калифорния (2008). «Сокращение выбросов парниковых газов и улучшение качества окружающей среды за счет внедрения систем аэробной очистки отходов на свинофермах». Управление отходами . 28 (4): 759–66. Бибкод : 2008WaMan..28..759V . дои : 10.1016/j.wasman.2007.09.034 . ПМИД 18060761 .
В этой статье использованы общедоступные материалы из Джаспер Вомах. Отчет для Конгресса: Сельское хозяйство: Глоссарий терминов, программ и законов, издание 2005 г. (PDF) . Исследовательская служба Конгресса .
