Основной причиной загрязнения биосферы являются грубые нарушения научно обоснованной технологии их транспортировки, хранения и внесения в почву. Чаще всего биогенные элементы, содержащиеся в удобрениях, поступают в окружающую среду:

1) при транспортировке от завода до поля;

2) за счет смыва удобрений с поверхности полей в реки, озера, моря и вымывания по профилю почвы до грунтовых вод;

3) в процессе водной и ветровой эрозии почвы;

4) за счет аккумуляции избыточного количества удобрений в почвенном профиле при передозировке или неравномерном внесении и бесконтрольном использовании в качестве минеральных удобрений отходов различных отраслей промышленности.

В практике земледелия бесполезно теряется до 30 — 50% всех вносимых минеральных удобрений. Из 23 млн. т азота удобрений, вносимых в пахотные земли в нашей стране, только 12 млн. т выносится с урожаем; остальное утрачивается, уходя в атмосферу за счет процессов денитрификации (7—8 млн. т), или смывается и поступает в поверхностные и подземные природные воды (до 2 млн. т). Выделение оксидов азота в атмосферу влечет за собой не только экономические потери, но и грозит нарушением озонового экрана планеты. В наши дни возникла угроза локального и регионального повышения содержания соединений азота до уровня, токсичного для человека. Данные по балансу азота, полученные с помощью изотопа N, свидетельствуют о том, что в полевых условиях растениями усваивается лишь около 40%, в отдельных случаях — 60 — 70% действующего вещества азотных удобрений; 18 — 33% азота иммобилизуется в почве, а 10 — 30% его улетучивается в виде различных газообразных соединений. Потери азота зависят от дозы вносимых удобрений и соотношения содержания N с другими питательными элементами, сроков и способов внесения, формы азотных удобрений и особенностей технологии их применения, а также от почвенно-климатических условий местности. Сельское хозяйство является основным источником поступления в биосферу соединений фосфора.

Структура и ассортимент фосфатов постоянно изменяются в зависимости от требований сельского хозяйства. В общем объеме выпуска фосфорных удобрений постоянно возрастает доля концентрированных и комплексных форм.

От других биогенных элементов фосфор отличается практическим отсутствием газообразных соединений и тем, что большинство фосфатов плохо растворимы. Тем не менее большое количество соединений фосфора ежегодно поступает в природные воды вследствие смыва фосфорных удобрений с полей под воздействием орошения и эрозионных процессов; за счет возрастания производства различных фосфорсодержащих препаратов (ядохимикатов, детергентов и т. п.), используемых в сельском хозяйстве, быту, промышленности; вследствие вовлечения в биогеохимический круговорот фосфора, входящего в состав горных пород — фосфоритов и апатитов.

По мнению Ковды (1985), 14—17 млн. т фосфора ежегодно поступает с континентов планеты в Мировой океан с тенденцией к возрастанию. Постоянная миграция вызывает эвтрофикацию водоемов суши. Подсчитано, что только за счет поверхностного смыва с каждого гектара пашни ежегодно уносится до 10 кг фосфора. Наряду с удобрениями источником фосфорного загрязнения почв и вод являются фосфорсодержащие пестициды.

Кроме азотных и фосфорных в современном земледелии используется широкий ассортимент калийных удобрений, поставки которых достигают 12 млн. т в год. Калий играет важную и многообразную роль в жизнедеятельности растений, однако большинство калийных удобрений содержит балластные вещества, не только загрязняющие почву, но и в определенных количествах вредные для растений. Так, сильвинит (nКС1+nNaCl), каинит (КС1*MgS04*ЗН20), карналлит (KCI*MgCb*6Н20) содержат хлор и натрий в больших количествах, токсичны для растений, причем доля натрия и хлора составляет 75—80 и 50% соответственно. С фосфорными удобрениями в почву поступает также фтор.

Наряду с минеральными удобрениями в сельском хозяйстве широко используются органические, способствующие не только формированию высоких урожаев возделываемых культур, но и сохранению и повышению почвенного плодородия. Анализ структуры органических удобрений в нашей стране показывает, что основное место в ней принадлежит отходам животноводства. Для содержания животных нередко строятся крупные комплексы по откорму свиней, крупного рогатого скота, птицы. Скопление большого числа животных и птицы на сравнительно малых площадях, в свою очередь, приводит к производству больших масс навоза и птичьего помета, смешанных с подстилочными материалами или разбавленных водой, использующейся для смыва и удаления экскрементов.

Количество экскрементов, их химический состав, уровень разбавления зависят от вида, породы, числа животных, режима их кормления, технического состояния оборудования и качества их обслуживания. В среднем из комплекса по выращиваню коров (3 тыс. голов) ежедневно удаляется 210 — 215 м смеси экскрементов и сточной воды, из комплекса по откорму крупного рогатого скота (10 тыс. голов) — 450 — 675 м, а суточный выход экскрементов и сточных вод из комплекса по откорму свиней производительностью 150 тыс. голов достигает 2000 — 4000 м3. С учетом потерь сточных вод в трубах и накопителях эти величины можно считать на 20 — 25% выше.

Благодаря высокому содержанию сравнительно легкоразлагаемого органического вещества, сбалансированному содержанию важнейших биогенных элементов (NPK) и необходимых растениям микроэлементов навоз и птичий помет издавна считаются ценными удобрениями. Во многих странах с высококультурным земледелием рациональное использование отходов животноводства позволяет существенно снизить производство и применение минеральных удобрений. Так, например в Англии отходы животноводства обеспечивают всю пахотную площадь страны азотом из расчета 75 кг*га-1 , фосфором (Р205) — 25 кг*га-1, калием (К20) — 75 кг*га-1, что позволяет выпускать меньше минеральных удобрений; одновременно решается проблема утилизации отходов животноводства и защиты окружающей среды от загрязнения экскрементами животных и птиц.

Однако при неграмотном использовании в качестве удобрений отходов животноводства и птицеводства происходит загрязнение почвы и сельскохозяйственных растений патогенными микроорганизмами и семенами сорных трав, перенасыщение питательными веществами пахотного слоя удобряемых угодий. С поверхностными стоками биогенные элементы и патогены поступают в водоемы, стимулируя развитие сине-зеленых водорослей, снижая содержание кислорода в воде, вызывая заморы рыбы.

Избыточное внесение экскрементов животных в почву ведет к увеличению содержания в ней подвижного цинка и железа, иногда меди и магния, к повышению содержания нитратов. В Румынии после девяти лет орошения сточными водами свиноводческого комплекса в пахотном горизонте содержание нитратов достигало 250 мг*кг-1 почвы и 100 мг*кг-1 на глубине 1м, что существенно превышает предельно допустимую концентрацию (ПДК).

Применение больших количеств навоза на пастбищах также приводит к появлению избыточного NO-3 в почвах и кормовых культурах, вызывая нарушения обмена веществ у животных. Аналогичное действие вызывает силос с повышенным содержанием нитратов. Продукция животноводства также может содержать нитраты выше допустимых норм, если животных кормили подобными кормами.