5.2. Загрязнение почвы пестицидами, тяжёлыми металлами, нитратами

В агроэкосистемы наряду с удобрениями поступают различные химические соединения, используемые в качестве средств защиты растений от сорняков, болезней и вредителей и именуемые в целом пестицидами.

Пестициды могут приводить к образованию злокачественных опухолей у человека. Примерно 70 процентов применяемых соединений попадает в организм человека с мясом, молоком и яйцами, а 30 процентов – с растительной пищей. Основная причина накопления остаточных количеств пестицидов в продуктах - нарушение правил и регламентов применения препаратов (завышение рекомендуемых доз, нарушение сроков обработки и сельскохозяйственных культур, неправильный выбор препаративной формы способа применения и т.д).

Критерием оценки содержания пестицидов является ПДК или ДОК. В различных странах эти нормативы неодинаковы, что затрудняет обмен продовольствием. Основная причина таких различий - использование разных методов определения остаточных количеств и препаратов продуктов их распада.

Пестициды могут влиять на обменные процессы в растениях, что сказывается на химическом составе и пищевой ценности продукции. При соблюдении всех правил применения средств химизации негативных изменений в составе и содержании питательных элементов в растениях не происходит, а накопление пестицидов в продукции не превышает ПДК.

Растения по степени накопления остаточных количеств хлорорганических пестицидов (ХОП) в продуктивных органах располагаются в следующем порядке: морковь – петрушка - картофель – свекла - многолетние травы – томат – кукуруза - капуста белокочанная. В корнеплодах ХОП накапливается в основном в кожуре и в меньших количествах в мякоти. Накопление пестицидов и продуктов их распада в пищевой продукции связано с процессами метаболизма, с биохимическим составом растений.

Основную роль в устойчивом функционировании агроэкосистем играют почвы с их уникальными свойствами и способностью к самоочищению от загрязняющих веществ, в том числе и от остаточных количеств пестицидов. Важными факторами в процессах трансформации загрязняющих веществ являются гранулометрический состав, содержание гумуса в почве и его состав. Гумус инактивирует продукты распада пестицидов и препятствует тем самым загрязнению экосистем.

Хлорорганические пестициды в течении нескольких десятилетий занимали одно из первых мест по масштабам использования в сельском хозяйстве. ХОП устойчивы к температуре, солнечной радиации, действию сильных кислот и щелочей. Они характеризуются прочностью образуемых химических связей, слабой растворимостью в воде. Эти свойства предопределяют длительное сохранение препаратов в окружающей среде (период полураспада в почве 10….15 лет). Существует два типа поступления ХОП в экосистемы: 1) выпадение с осадками в результате глобального переноса воздушных масс в направлении с запада на восток в Северном полушарии; 2) многолетние применение на полях ДДТ и ГХЦГ (второй путь основной).

Среди загрязняющих веществ по масштабам загрязнения и возделыванию на биологические объекты особое место занимают тяжелые металлы.

В России загрязнение земель токсичными тяжелыми металлами в концентрации от 0,2 до 10,0 т/км в начале 90-х гг. ХХ в. Наблюдалось на 18 млн. га.

В некоторых регионах допустимые уровни превышены в сотни раз. Например, содержание одного из наиболее опасных ингредиентов – свинца - в почвах города Шымкента превышало ПДК в 340 раз; в почвах Киргизии ртути оказалось в 100 раз выше ПДК. Сельское хозяйство тоже загрязняет почвы тяжелыми металлами. По оценкам ЦИНАО, к 1990 г. с фосфорными удобрениями в целом по СССР внесено в почву 16 633 т свинца, 3200 т кадмия и 533 т ртути.

Тяжелые металлы играют важную роль в обменных процессах, но в высоких концентрациях вызывают загрязнение почв, вредно воздействуют на экосистемы. Токсичное воздействие тяжелых металлов может быть прямым и косвенным. В первом случае блокируются реакции с участием фермента, что приводит к уменьшению либо к прекращению его каталитического действия. Косвенное воздействие проявляется в переводе питательных веществ в недоступное состояние и создание «голодной» среды.

Опасность, вызываемая загрязнением тяжелыми металлами, усугубляется еще и слабым выведением их из почвы. Так, период полуудаления в условиях почвенных лизиметров варьирует в зависимости от вида металлов следующим образом: для Zn – 70-510 лет, Cd – 13-1100, Cu – 310-1500 , Pb – 740-5900 лет.

Тяжелые металлы претерпевают в почве химические превращения, в ходе которых их токсичность изменяется в очень широких пределах. Наибольшую опасность представляют подвижные формы тяжелых металлов, т.е. наиболее доступные для живых организмов. Подвижность существенно зависит от почвенно-экологических факторов, основные среди которых – содержание органического вещества, кислотность, окислительно-востановительные условия, плотность почвы и др.

К тяжелым металлам относятся химические элементы, имеющие плотность более 5г/см или атомную массу более 50 единиц. По степени опасности их делят на три класса: 1 класс - особо токсичные (Cd, As, Hq, Pb, Se, Zn); 2 класс - токсичные (B, Co, Cu, Mo, Ni, Sb, Cr); 3 класс - слабо токсичные (Ba, V, W, Mn , Sr).

Сельскохозяйственной продукции без нитратов не бывает, поскольку они являются основным источником азота в питании растений. Для получения не только высоких, но и высококачественных урожаев необходимо вносить в почву минеральные азотные удобрения и органику. Потребность растений в азоте зависит от многих факторов: вида, сорта, погодных условий, свойств почвы и количества ранее применявшихся удобрений.

Нитраты представляют собой соли азотной кислоты. Соли азотной кислоты используются в качестве удобрений: нитрат натрия - натриевая селитра, нитрат калия - калиевая селитра, нитрат аммония - аммиачная селитра, нитрат кальция - кальциевая селитра.

Нитраты являются главным элементом питания растений, произрастающих на земле, поскольку в них входит азот – основной строительный материал.

Рациональная система применения удобрений, позволяющая уменьшить вероятность накопления нитратов в растениеводческой продукции, предполагает правильное определение форм, доз, сроков и способов внесения.

Лучшие формы азотных удобрений – сульфат аммония и мочевина. Обязательное условие успешного применения азотных удобрений – их сочетание с фосфорными и калийными удобрениями. Лучшим соотношением считается N:P:K=1:0,6:1.8, т.е. должны преобладать калийные удобрения. Внесение фосфорных и калийных удобрений способствует снижению количества нитратов в овощах. Вносить удобрения лучше всего перед перекопкой участка, локальным способом – азотные удобрения вносят рядками (лентами) на глубину 10…12 см (расстояние между рядками 15…20 см).

Важное значение имеют органические удобрения (навоз, компосты, сидераты). При неумелом обращении можно получить продукцию с высоким содержанием нитратов, превышающим ПДК.

Хорошие результаты по снижению содержания нитратов в продукции дают зеленые удобрения (клевер, люпин, вика, бобы, горох). Гарантия получения продукции с низким содержанием нитратов в урожае обеспечена на 3 – 4 года.

Рассматривая нитратное загрязнение сельскохозяйственной продукции, нельзя упускать из виду макро- и микроэлементный состав почв, степень их загрязнения и др. Так, на почвах, легко гранулометрического состава, бедных калием, опасность нитратного загрязнения возрастет. Недостаток серы тоже способствует накоплению нитратов, так как сульфогруппа входит в состав фермента нитратредуктазы, представляющей собой комплекс флавопротеина с молибденом. При дефиците в почве молибдена и марганца нитратредуктаза образуется в недостаточном количестве, что в свою очередь, стимулирует накопление нитратов в растениях.