ВПЛИВ КОМПЛЕКСІВ ЕДТА З ВАЖКИМИ МЕТАЛАМИ НА ҐРУНТОВУ БІОТУ І ВРОЖАЙНІСТЬ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКИХ КУЛЬТУР

Не можна чекати ласки від природи. Взяти у неї — наше завдання.

Іван Мічурін

Не можна чекати ласки від природи після того, що ми з нею зробили.

Віктор Конюхін

Ґрунт — це складне природне утворення, що складається з генетично пов'язаних горизонтів, які формуються в результаті перетворення поверхневих шарів літосфери. Необхідно знати, що ґрунт не є невичерпним ресурсом і у випадку використання неналежним чином може втратити свої характеристики за дуже короткий проміжок часу, іноді навіть без можливості регенерації, оскільки він акумулює забруднення більшою мірою, ніж атмосфера і природні води [Nortcliff S. Standardisation of soil quality attributes. / Agriculture, Ecosystems and Environment — 2002 — P.161.]. Саме в кумулятивному ефекті полягає особлива небезпека забруднення ґрунтів і найбільше це стосується важких металів (далі — ВМ).

Головну роль у механізмі самоочищення ґрунтів від забруднень відіграють ґрунтові мікроорганізми, але вони, як правило, можуть боротися тільки з органічними забруднювачами, оскільки під час формування ґрунтового біоценозу природа «не врахувала» господарську діяльність людини й ті методи, які вона в її процесі застосовує.

Що стосується металів, важливою особливістю є те, що вони належать до класу неспецифічних речовин, тобто на відміну від специфічних забруднювачів (пестицидів), чужих геохімічному фону, метали в певних («фонових») концентраціях присутні в різних компонентах екосистем. Підвищення цих «норм» викликає не тільки пряму токсичну дію, але й має негативний вплив на відтворення і біопродуктивність ґрунтових мікроорганізмів, тобто проявляється на рівні популяцій і поколінь. Ще одна особливість ВМ (у тому числі мікроелементів) полягає в тому, що під час міграції вони змінюють лише рівень вмісту або форми знаходження і не включаються у процес самоочищення.

Наявність мікроелементів у ґрунті в засвоюваній формі для рослин — необхідна умова вирощування високих урожаїв культур. Тому застосування мікродобрив ідуть їм на користь, якщо кількість цих добрив не перевищує норму і вносяться вони у вигляді нешкідливих для екосистеми з'єднань. Але є й винятки. Прикладом хімічних сполук, які можуть становити потенційну загрозу родючості ґрунтів, є комплекси ЕДТА (етилендіамінотетрауксусної кислоти) з ВМ, які використовуються як мікродобрива. Ці речовини, потрапляючи в рослини, відщеплюють атоми металу, а вільна ЕДТА як чужорідна для рослин речовина не засвоюється, а виводиться назовні. Дослідження ряду авторів показують, що 70 — 80% ЕДТА потрапляє у довкілля.

ЕДТА є надзвичайно стійкою сполукою і вважається одним із найбільш поширених антропогенних забруднювачів. Ані наявні в ґрунті хімічні речовини, ані мікроорганізми не призводять до її руйнування. Під впливом УФ-опромінення на поверхні води може відбуватися руйнування комплексу Fe (III)-ЕДТА, але цей процес значною мірою залежить від кліматичних умов, освітленості та не може розглядатися основним фактором руйнування ЕДТА у природі [Фарберова Е.А., Виноградова А.В., Шульц Е.В. Изучение влияния ЭДТА на рост и развитие культур микроорганизмов // Вестник Перм. нац. исслед. политехн. ун-та. Химическая технология и биотехнология. — 2012. — вып. 14. — С. 169-177., Wolf K., Gilbert P.A. EDTA — Ethylenediaminetetraacetic acid // The Handbook of Environmental Chemistry / ed. O. Hutzinger. — Berlin, Heidelberg: Spriner Verlag, 1992. — P. 241-259.].

Потрапляючи в ґрунт, ЕДТА переводить у розчинний стан ті ВМ, які входили до складу ґрунту у вигляді нерозчинних солей, оксидів і т.п. Внаслідок до рослин починає надходити надмірна кількість важких металів, багато з яких не є мікроелементами і які виявляють токсичні властивості. Результатом такої дії комплексів на основі ЕДТА є: по-перше, накопичення в рослинах токсичних ВМ (Pb, Hg, Cd, та ін.), що робить сільськогосподарську продукцію непридатною для вживання, по-друге, частина таких розчинних у воді комплексів і вільної ЕДТА вимивається ґрунтовими водами і потрапляє у водойми, що вкрай небажано, оскільки це призводить до ремобілізації іонів важких металів із ґрунту, мулу і донних осадів і забруднення ними ґрунтових вод і питної води [Фарберова Е.А., Виноградова А.В., Шульц Е.В. Изучение влияния ЭДТА на рост и развитие культур микроорганизмов // Вестник Перм. нац. исслед. политехн. ун-та. Химическая технология и биотехнология. – 2012. – вып. 14. – С. 169-177.]. І, нарешті, по-третє: та частина комплексів ЕДТА з ВМ, яка залишилася у ґрунті, негативно впливає на ґрунтову біоту, яка значною мірою обумовлює родючість ґрунту та врожайність сільськогосподарських культур.

У ґрунті практично немає процесу, в якому б не брала активної участі біота. Усіх живих мешканців ґрунту можна залічити до трьох надцарств (без'ядерні — Acaryotae; перед'ядерні — Procaryotae; ядерні — Eucaryotae) і п'яти царств: віруси, бактерії, гриби, рослини та тварини. Мікроорганізми здійснюють колообіг речовин у ґрунті, впливаючи на мінералізацію органічних залишків і перетворюючи нерозчинні форми в доступні для рослин сполуки. Під час цих процесів відбувається активне виділення метаболітів — продуктів, що беруть участь у синтезі гумусу. Збільшення концентрації ВМ впливає на біологічну активність ґрунтових мікроорганізмів, здійснюючи тиск і змінюючи різноманітність ґрунтової мікрофлори, яка являє собою трофічні групи мікроорганізмів. Найвищу чутливість до забруднення важкими металами проявляють оліготрофні бактерії [Сердюкова А.Ф., Барабанщиков Д.А. Последствия загрязнения почвы тяжелыми металлами // Молодой ученый. – 2017. – №51. – С.131-135.]. ВМ інгібують процеси мінералізації та синтезу різних речовин у ґрунтах, пригнічують дихання ґрунтових мікроорганізмів, викликають мікробостатичний ефект і можуть виступати як мутагенний фактор. Під впливом підвищених концентрацій ВМ спостерігається різке зниження активності ферментів: мілази, дегідрогенази, уреази, інвертази, каталази, а також чисельності окремих агрономічно цінних груп мікроорганізмів. Усе це, безумовно, негативно позначиться на врожайності сільськогосподарських культур.           

Таким чином, використання комплексів ЕДТА з ВМ у вигляді мікродобрив є потенційно небезпечним для сільського господарства й екології. Варті переваги комплексоутворювачі, які розкладаються після виконання своєї функції в рослині та не накопичуватися у ґрунті.

Для того, щоб зробити правильний вибір хімічної речовини, що застосовується для тієї чи іншої мети в сільському господарстві, необхідно, щоб агрономи мали хорошу підготовку. На жаль, тенденція розвитку агрономічної освіти в Україні зараз така, що кількість годин для вивчення хімії у сільськогосподарських ВНЗ скорочується, а в деяких навіть ліквідовують кафедри хімії. Це призведе до того, що агрономи обиратимуть необхідні хімічні препарати, орієнтуючись не на власні знання, а на рекламну інформацію. Наслідки цього неважко передбачити.

Ю.В. Самусенко, кандидат хімічних наук