Влияние комплексов ЭДТА с тяжелыми металлами на почвенную биоту и урожайность сельскохозяйственных культур

Нельзя ожидать милости от природы. Взять у нее – наша задачка.

Иван Мичурин

Нельзя ожидать милости от природы после того, что мы с ней сделали.

Виктор Конюхин

Почва – это сложное природное образование, состоящее из на генном уровне связанных горизонтов, формирующихся в итоге преобразования поверхностных слоев литосферы. Следует знать, что почва не является неистощимым ресурсом и, при использовании ненадлежащим методом, может потерять свои свойства за очень маленький просвет времени, время от времени даже без способности регенерации, так как она аккумулирует загрязнения в основном, чем атмосфера и природные воды [Nortcliff S. Standardisation of soil quality attributes. / Agriculture, Ecosystems and Environment – 2002 – P.161.]. Конкретно в кумулятивном эффекте состоит особенная опасность загрязнения почв и в особенности это касается томных металлов (дальше – ТМ).

Главную роль в механизме самоочищения почв от загрязнений играют почвенные мельчайшие организмы, но они, обычно, могут биться только с органическими загрязнителями, так как при формировании почвенного биоценоза природа «не учла» хозяйственную деятельность человека и те способы, которые он в ее процессе применяет.

Что касается металлов, принципиальной особенностью будет то, что они относятся к классу неспецифических веществ, другими словами в отличие от специфичных загрязнителей (пестицидов), чуждых геохимическому фону, металлы в определенных («фоновых») концентрациях находятся в разных компонентах экосистем. Увеличение этих «норм» вызывает не только лишь прямое ядовитое воздействие, да и оказывает негативное воздействие на воспроизводство и биопродуктивность почвенных микробов, другими словами проявляется на уровне популяций и поколений. Еще одна особенность ТМ (в том числе микроэлементов) состоит в том, что при передвижения они меняют только уровень содержания либо формы нахождения и не врубаются в процесс самоочищения.

Наличие микроэлементов в почве в усвояемой форме для растений – нужное условие выкармливания больших урожаев культур. Потому применение микроудобрений приносит пользу, если количество этих удобрений не превосходит норму и вносятся они в виде безобидных для экосистемы соединений. Но есть и исключения. Примером хим соединений, которые могут представлять потенциальную опасность плодородию почв, являются комплексы ЭДТА (этилендиаминтетрауксусной кислоты) с ТМ, которые употребляются в качестве микроудобрений. Эти вещества, попадая в растения, отщепляют атомы металла, а свободная ЭДТА как постороннее для растений вещество не усваивается, а выводится наружу. Исследования ряда создателей демонстрируют, что 70–80% ЭДТА попадает в окружающую среду.

ЭДТА является очень устойчивым соединением и считается одним из более всераспространенных антропогенных загрязнителей. Ни хим вещества, имеющиеся в почве, ни мельчайшие организмы не приводят к его разрушению. Под воздействием УФ-облучения на поверхности воды может происходить разрушение комплекса Fe(III)-ЭДТА, но этот процесс очень находится в зависимости от погодных критерий, освещенности и не может рассматриваться в качестве существенного фактора разрушения ЭДТА в природе [Фарберова Е.А., Виноградова А.В., Шульц Е.В. Исследование воздействия ЭДТА на рост и развитие культур микробов // Вестник Перм. нац. исслед. политехн. ун-та. Хим разработка 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.].

Попадая в почву, ЭДТА переводит в растворимое состояние те ТМ, которые входили в состав грунта в виде нерастворимых солей, оксидов и т. п. В конечном итоге в растения начинает поступать лишнее количество томных металлов, из которых многие не являются микроэлементами и проявляют ядовитые характеристики. Результатом такового деяния комплексов на базе ЭДТА является: во-1-х – скопление в растениях ядовитых ТМ (Pb, Hg, Cd, и др.), что делает сельскохозяйственную продукцию неприменимой для потребления. Во-2-х – часть таких растворимых в воде комплексов и свободной ЭДТА вымывается грунтовыми водами и попадает в водоемы, что очень не нужно, потому что это приводит к ремобилизации ионов томных металлов из земли, ила и донных осадков и загрязнению ими грунтовых вод и питьевой воды [Фарберова Е.А., Виноградова А.В., Шульц Е.В. Исследование воздействия ЭДТА на рост и развитие культур микробов // Вестник Перм. нац. исслед. политехн. ун-та. Хим разработка и биотехнология. – 2012. – вып. 14. – С. 169-177.]. И, в конце концов, в-3-х – та часть комплексов ЭДТА с ТМ, которая осталась в почве, плохо оказывает влияние на землянную биоту, которая в значимой мере обуславливает плодородие земли и урожайность сельскохозяйственных культур.

В почве фактически нет процесса, в каком бы не воспринимала активного роли биота. Всех живых жителей земли можно отнести к трём надцарствам (безъядерные – Acaryotae; предъядерные – Procaryotae; ядерные – Eucaryotae) и 5 королевствам: вирусы, бактерии, грибы, растения и животные. Мельчайшие организмы производят круговорот веществ в почве, влияя на минерализацию органических остатков и превращая нерастворимые формы в доступные для растений соединения. При этих процессах происходит активное выделение метаболитов – товаров, участвующих в синтезе дерна. Повышение концентрации ТМ оказывает влияние на биологическую активность почвенных микробов, оказывая давление и изменяя обилие почвенной микрофлоры, которая представляет собой трофические группы микробов. Самую высшую чувствительность к загрязнению томными металлами проявляют олиготрофные бактерии [Сердюкова А.Ф., Барабанщиков Д.А. Последствия загрязнения земли томными металлами // Юный ученый. – 2017. – №51. – С.131-135.]. ТМ ингибируют процессы минерализации и синтеза разных веществ в почвах, подавляют дыхание почвенных микробов, вызывают микробостатический эффект и могут выступать как мутагенный фактор. Под воздействием завышенных концентраций ТМ наблюдается резкое понижение активности ферментов: милазы, дегидрогеназы, уреазы, инвертазы, каталазы, также численности отдельных агрономически ценных групп микробов. Все это, непременно, плохо отразится на урожайности сельскохозяйственных культур.

Таким макаром, внедрение комплексов ЭДТА с ТМ в виде микроудобрений является потенциально небезопасным для сельского хозяйства и экологической ситуации. Более предпочтительны комплексообразователи, которые распадаются после выполнения собственной функции в растении и не скапливаться в почве.

Для того, чтоб сделать верный выбор хим вещества, используемого для той либо другой цели в сельском хозяйстве, нужно, чтоб агрономы имели неплохую подготовку. К огорчению, тенденция развития агрономического образования в Украине на данный момент такая, что количество часов для исследования химии в сельскохозяйственных университетах сокращается, а в неких даже ликвидируют кафедры химии. Это приведет к тому, что агрономы будут производить выбор нужных хим препаратов, ориентируясь не на собственные познания, а на маркетинговую информацию. Последствия этого не тяжело предсказать.

Юрий Самусенко,

кандидат хим наук