Застосування ЕДТА в сільському господарстві

Раніше природа загрожувала людині, а тепер людина загрожує природі...

Жак-Ів Кусто

Хімізація сільськогосподарського виробництва – найважливіший елемент підвищення його продуктивності. Але варто задуматися, чи в гонитві за високою врожайністю не відчиняють технологи «ящик Пандори», адже наслідки від застосування маловивчених препаратів у довгостроковій перспективі можуть виявитися найнесподіванішими.

Одним із напрямків хімізації є збалансоване забезпечення рослин усіма необхідними макро- і мікроелементами живлення, які активізують процеси, необхідні для успішного розвитку рослин і підвищення їх продуктивності. Проте останні повинні вводитися в живий організм у біологічно активній формі, яка могла б легко транспортуватися і засвоюватися. Цього можна досягти, використовуючи біологічно активні комплексони. Найбільш поширеним прикладом таких комплексонів є ЕДТА (етилендіамінтетраоцтова кислота), яку вперше отримав австрійський хімік Фердинанд Мюнц (1888 – 1969) у Німеччині та запатентував її 1935 року. У сучасних технологіях виробництва ЕДТА сировиною для її синтезу служать етилендіамін, формальдегід і синильна кислота, які згодом піддають лужному гідролізу.

Основна властивість ЕДТА – це здатність зв'язувати іони деяких елементів, серед яких Са²⁺, Fe³⁺, Cu²⁺, Ni²⁺, Со²⁺, утворюючи з ними особливо стабільні комплекси, звані хелатами (від грецького chele – крабова клешня).

Ця здатність, а також відносно невисока вартість цього хелатанта зумовили використання його в різних сферах діяльності людини, таких як аналітична хімія, медицина, промисловість, сільське господарство.

Для хімічних препаратів, що застосовуються в зазначених галузях, найбільш вагомою властивістю є їх токсичність. Найважливіший принцип медицини – «не нашкодь». Це у повній мірі стосується всіх різновидів діяльності людини, які так чи інакше можуть впливати на здоров'я людей і на екологічні умови загалом. Усі хімічні речовини, які людина використовує в сільському господарстві, харчовій промисловості й т.д., мають бути нетоксичними та не накопичуватися в ґрунті та живих організмах. Відхилення від цих вимог обов'язково призведе через певний час до серйозних проблем.

ЕДТА та комплексонати на її основі досить стабільні, що з одного боку є перевагою, а з іншого створює небезпеку накопичення цієї речовини в ґрунті у разі її систематичного застосування.

У чому ж полягає загроза?

Коли комплексонат потрапляє в рослину, то віддає атоми металів (наприклад заліза, марганцю) рослині, звільняючи ЕДТА в чистому вигляді. Ця речовина не засвоюється рослиною і зрештою потрапляє у ґрунт, концентруючись, в основному, в його верхньому 10 см шарі. Далі ЕДТА проявляє високу стійкість, збільшуючи рухливість металів у субстраті, продовжуючи виконувати покладену на неї функцію і впливаючи на рівень накопичення рослинами металів навіть на третій рік після її одноразового внесення [Автуховіч І.Є., Постніков Д.А. Вплив ЕДТА на поведінку металів у субстраті та їх накопичення рослинами // Електронний ресурс].

Навіть через 19 місяців після застосування ЕДТА виявляють у кореневій зоні. По суті, вона стає, так би мовити, "міною уповільненої дії" для майбутньої врожайності сільськогосподарських культур, оскільки останнім часом у зв'язку з бурхливим розвитком промисловості спостерігається значне зростання рівня вмісту важких металів у довкіллі. Термін "важкі метали" застосовується до металів зі щільністю, що перевищує 5 г/см³, або ж до таких, що мають атомний номер більше ніж 20. Хоча існує й інша точка зору, згідно з якою до важких металів належить понад 40 хімічних елементів з атомними масами, що перевищують 50 ат.од. Серед хімічних елементів важкі метали найбільш токсичні та поступаються за рівнем своєї небезпеки тільки пестицидам. Водночас до токсичних належать такі хімічні елементи: Co, Ni, Cu, Zn, Sn, As, Se, Te, Rb, Ag, Cd, Au, Hg, Pb, Sb, Bi, P.

Важкі метали, що знаходяться в ґрунті у вигляді солей, слабо засвоюються рослинами. Але утворення комплексів ЕДТА з важкими металами призводить до більш інтенсивного поглинання їх рослинами, що буває вкрай небажано. Важкі метали токсичні для рослин, їх концентрація призводить до хлорозу, слабкого зростання рослин, зниження врожайності та може навіть супроводжуватися зниженням поглинання поживних речовин, порушеннями у метаболізмі рослин і зниженням здатності фіксувати молекулярний азот у бобових рослин. Особливо інтенсивно поглинання важких металів рослинами відбувається на кислих ґрунтах. Причому найбільш небезпечними за ступенем забруднення ґрунтів важкими металами є ґрунти багатогумусові, глинисто-суглинні, темно-сірі лісові, чорноземи та темно-каштанові [Lockhart H., Blakeley R. // Environ Sci. Tech. - 1975. - V.9. - P.1035.].

Інша небезпека полягає в тому, що зв'язані ЕДТА важкі метали, утворюючи нові комплексонати, не тільки засвоюються рослиною, але і потрапляють до ґрунтових вод. Це призводить до накопичення біометалів у високих концентраціях, результатом чого є руйнування екосистем. Прикладом схожої екологічної катастрофи, що сталася в результаті неконтрольованого застосування ЕДТА, може слугувати дельта річки Міссісіпі в США, в якій зараз б'є потік, збагачений ЕДТА й іншими хімічними речовинами, що сприяють збільшенню щорічної «мертвої зони», яка охоплює величезну територію [Автуховіч І.Є., Постніков Д.А. Вплив ЕДТА на поведінку металів у субстраті та їх накопичення рослинами // Електронний ресурс]. Те, що потрапляння продуктів, які містять ЕДТА, в навколишнє середовище створює значні екологічні проблеми також підтверджується результатами досліджень ряду закордонних учених [Nowack B., VanBriesen J.M. Chelating agents in the environment // Biogeochemistry of Chelating Agents / eds. B. Nowack, J.M. VanBriesen / ACS Symposium Series 910 - N.Y .: Washington, DC, 2005 - P. 1-18 і т.д.]. У Канаді й багатьох країнах Європи ЕДТА заборонений через свою токсичність.

У науковій літературі зазначається і токсичність самої ЕДТА для деяких видів рослин. Так препарат ЕДТА в дозі 6 ммоль/кг ґрунту виявився токсичним для сафлору фарбувального (Carthamus tinctorius), що проявляється у вигляді хлорозу листя і зниження біомаси рослин [Автухович И.Е., Постников Д.А. Ремедіація ґрунтів. Індукована фітоекстракція. / Saabibcken, Germany: Palmarium academic publishing/ – 2013/ – 92 c.].

Бувши відносно малотоксичною для людини, ЕДТА проявляє цитотоксичность і генотоксичность у тваринах. Гостру токсичність з летальним результатом викликає у щурів доза, рівна 2,0-2,2 г/кг живої ваги [Gardiner J. Complexation of trace metals by ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) in natural waters // Water Res. – 1976 – Vol. 10 – P. 507–514.].

На підставі вищевикладеного можна зробити висновок, що використання ЕДТА в сільському господарстві для внесення мікроелементів пов'язане з певним ризиком, рівень якого підвищується зі збільшенням концентрації даного хелатанта в ґрунті. Неконтрольоване застосування комплексонів на основі ЕДТА може погіршити екологічну ситуацію в регіоні, негативно впливати на споживчі властивості сільськогосподарської продукції та подальшу врожайність сільськогосподарських культур.

Ю.В. Самусенко, кандидат хімічних наук