Получение высоких и стабильных урожаев в промышленных масштабах всех без исключения сельскохозяйственных культур любой природно-климатической зоны Земного шара, в том числе и Украины, невозможно без применения целого комплекса химических средств воздействия на растения. Ведущее место среди них занимает питание растений, которое заключается в необходимости полного, своевременного и, главное, полноценного обеспечения потребностей растительного организма в продуктах, являющихся строительным и энергетическим источником для его роста и развития.
Технический прогресс и значительное развитие науки в течение последних веков внесли значительный вклад в понимание сути и особенностей питания растений, выделив из многочисленного количества химических элементов те, без которых невозможны рост и развитие культур. Несмотря на то, что в наибольших количествах растение потребляет азот, фосфор и калий (макроэлементы), его полноценный рост и развитие абсолютно невозможны без таких элементов как кальций, магний, цинк, медь, железо, бор, сера, марганец, молибден, кобальт и другие. По причине небольшого количества их потребления растением, такие химические элементы получили название мезо- и микроэлементов.
В процессе эволюции взглядов и подходов к применению микроэлементов было пройдено несколько этапов, определяемых прежде всего техническими возможностями применения их на сельскохозяйственных культурах. Сначала они применялись как традиционные удобрения (или как их составляющие) и показали свою эффективность в решении вопросов улучшения обеспечения формирования урожайности и качества получаемой продукции. При этом химические элементы имели форму неорганических солей, что потребовало применения их в немалых количествах на единицу площади из-за низкого процента усвоения растениями.
С расширением исследований были изобретены методы, которые в десятки и сотни раз улучшили эффективность применения химических элементов, превратив их в физиологически значительно более доступные для растения формы. В сороковые годы прошлого века на мировом рынке средств питания растений появляется новая форма микроудобрений – хелаты. Эта форма удобрения получила свое название от греческого слова chele – крабовая клешня, что связано с пространственной формой соединения, которое обладает способностью связывать ионы некоторых элементов (особенно металлов), образуя с ними особенно стабильные комплексоны. Широкое распространение хелатов связано с их способностью превращать малодоступные элементы в более подвижные и биологически активные формы, благодаря чему обеспечивается полноценность питания растений, значительно улучшается плодородие почвы, усиливается степень устойчивости растений к неблагоприятным факторам среды, улучшается иммунная система растений, снижается уровень стресса от применение средств защиты растений и тому подобное.
Первой появилась на рынке этилендиаминтетрауксусная кислота или ЭДТА, которая является химическим веществом синтетического происхождения и классифицируется как биологически активное соединение с антиокислительными и антиоксидантными свойствами. Сырьем для ее производства является этилендиамин, формальдегид и синильная кислота. В дальнейшем поиск хелатирующий агентов привел к созданию других соединений с аналогичными свойствами. Сейчас среди них наиболее распространенными являются оксиэтилидендифосфоновая кислота (ОЭДФ), нитрилотриметилфосфоновая кислота (НТФ), диэтилентриаминпентауксусная кислота (ДТПА), дигидроксибутилендиаминтетерауксусная кислота (ДБТА) и производные янтарной кислоты.
Несмотря на достаточно широкий ряд хелатообразователей, многие производители микроудобрений и сегодня продолжают использовать ЭДТА как свой хелатирующий элемент, преследуя единственную цель – снижение себестоимости конечного продукта и успех в конкурентной борьбе. Вместе с тем использование этого соединения уже давно вызывает в мире не только значительное беспокойство, но и прямой протест против его применения. Причин такого отношения к ЭДТА достаточно много, и все они довольно весомы.
Сельское хозяйство
По сравнению с другими хелатообразователями, эффективность ЭДТА небольшая:
– она является синтетической молекулой, которую растение не способно использовать в обычных природных условиях;
– хелатированные этим соединением химические элементы могут применяться только на почвах с ограниченным кислотно-щелочным показателем (рН) менее 8, в то время как устойчивые соединения каждого химического элемента требуют своего значения рН, а соединения железа и молибдена настолько химически нестабильны, что проявляют склонность к распаду еще до попадания в растение;
– обладая чрезвычайной активностью и пролонгированной способностью к образованию хелатных соединений, даже после выполнения своей функции по транспортировке нужного химического элемента ЭДТА захватывает в растении другой элемент, нанося этим ему вред; особенно это касается кальция, который соединение забирает из стенок клетки или исключает его из пищевого цикла, что проявляется в увядании растения и приводит к снижению урожайности, ухудшению качества семян и плодов, сокращению сроков их хранения (Donald Lester, Chelated Micronutrients, Maximum Yield USA | September 2010 ); такие же проблемы возникают и с марганцем после применения железа, хелатированного ЭДТА – железо хелатирующим агентом теряется, а марганец связывается и становится недоступным для растения;
– по данным ученых, расщепление комплексов на основе ЭДТА приводит в большинстве случаев к образованию более токсичных продуктов, чем исходная форма, имеющая чрезвычайное негативное влияние на почвообразующие микроорганизмы, уменьшается плодородие почв, а в итоге снижается урожайность растений и качество полученной продукции (Н. Дятлова та ін., 1988; R. Nanda, V. Agrawal, 2016);
– способность этого соединения сохранять свою активность в течение длительного времени (по данным ряда ученых – до 19 месяцев) влияет на процессы формирования биодоступности и ремобилизации тяжелых металлов из почвы и переноса их в растение; при этом тяжелые металлы, токсичные для растений, приводят к хлорозу, слабому развитию растений, снижению поглощающей способности питательных веществ растениями и к потере урожайности, нарушению метаболизма растений и снижению способности усваивать молекулярный азот бобовыми растениями (Lockhart H., Blakeley R. // Environ Sci. Tech. – 1975. – V.9. – P.1035., Cotrait M (1972) La structure cristalline de l’acide éthylénediamine tétraacé- tique, EDTA. Acta Crystallographica Section B 28, 781-785);
– особенно опасным фактором является возможность образования комплексных соединений ЭДТА с радиоактивными элементами (присутствующими в почвах определенных загрязненных зон Украины). Результаты проведенного исследования указывают на возможность образования стабильных соединений ЭДТА с изотопами железа-59, кобальта-60, иттрия-91 (Влияние комплексона ЭДТА на поглощение радиоизотопов растениями из почвы.[Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.activestudy.info/vliyanie-kompleksona-edta-na-pogloshhenie-radioizotopov-rasteniyami-iz-pochvy/);
– обнаружены факты токсичности и самой ЭДТА для некоторых видов растений, в том числе сафлора красильного (Carthamus tinctorius), обработка которого соединением в дозе 6 ммоль/кг почвы приводила к возникновению хлороза листьев и снижению биомассы растений (Автухович И.Е., Постников Д.А. Ремедиация грунтов. Индуцированная витоэкстракция / Saabibcken, Germany: Palmarium academic publishing/ – 2013/ – 92 c.).
Экология
Экологи всего мира обращают внимание на неспособность ЭДТА разлагаться в природной среде в течение длительного времени, что приводит к образованию значительных концентраций этого соединения в окружающей среде (почве, воде, живых объектах) (Дятлова Н.М., Темкина В.Я., Попов К.И. 1989). Учитывая то, что сельское хозяйство применяет микроудобрения в больших масштабах, оно является весомым источником загрязнения окружающей среды ЭДТА со всеми вытекающими последствиями для здоровья человека и биологического разнообразия планеты.
Образование токсичных продуктов в результате разложения ЭДТА также является значительной проблемой для микрооргнизмов почвы, животных и человека (Н. Дятлова та ін., 1988; R. Nanda, V. Agrawal, 2016). Вследствие накопления этого хелата в мировом океане, наблюдается растворение отложений тяжелых металлов, что приводит к образованию липидорастворимым комплексонатов и отравлению планктона, рыб, птиц, животных и к недостатку кислорода в воде (Л. Мартиненко, Н. Кузьміна. Про вплив комплексонів на біосферу. Хімія комплексонів і їх застосування, 1986).
После выполнения своей функции как транспортного агента для доставки нужного элемента в растение, ЭДТА активно образует другие соединения с новыми ионами металлов, находящимися в почве, что приводит к накоплению вредных соединений сначала в почве, а затем в водоемах, далее в подземных водах, и в итоге – к экологическому загрязнению среды и источников питьевой воды.
Применение ЭДТА вызывает образование и накопление в значительных концентрациях биометаллов (часто вредных для среды) и, как следствие, уничтожение природных экосистем. Примером такого негативного воздействия может служить ситуация, сложившаяся в дельте реки Миссисипи, где из-за бесконтрольного применения ЭДТА и других химических веществ произошла экологическая катастрофа – образовалась мёртвая для живых организмов зона, непригодная для жизни (Anthony Franciosi, Good for Bud Growth, Bad for the Earth, http://theleafonline.com/c/activism/2015/03/edta-good-bud-growth-bad-earth/).
Организм человека
Чрезвычайно важным является вопрос влияния ЭДТА на организм человека, куда соединение попадает также через пищу и напитки (в том числе с урожаем, выращенным с использованием хелатированных на основе ЭДТА микроэлементов). Источником также може быть загрязненная этим соединением вода (через цепочку «удобрение – растение – почва – вода»).
Несмотря на то, что ЭДТА в небольших дозах является малотоксичным для человека соединением, опасной остается его способность к накоплению и длительному активному состоянию. Особую угрозу это соединение представляет для фильтров человеческого организма – печени и почек; отмечено также раздражающее действие на слизистые оболочки глаз и органов дыхания. .
Также ЭДТА является цитотоксическим веществом, которое негативно влияет на деятельность клеток организма и создает риск закрепления металлов в ДНК живых организмов, в том числе человека (Д. Вільямс, 1975; Н. Касьяненко та ін., 1989; С. Пастон, А. Миколаїв, 2016).
Кроме того, характерной особенностью, оказывающей негативное влияние на растения, является характеристика, которая также влияет и на человека. Она заключается в способности ЭДТА связывать кальций и выводить его из организма человека, вызывая такую патологию как остеопороз (хрупкость костей). Такая же особенность ЭДТА наблюдается и в связывании железа, что может привести к дефициту в организме человека этого жизненно важного элемента.
Выводы
Риски для ведения сельского хозяйства, экологическая угроза для жизни планеты и существования на ней человека – слишком весомые факторы, заставляющие ответственно отнестись к дальнейшему использованию этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА). Развитые страны мира уже много лет обращают внимание мирового сообщества на вопрос применения этого соединения и ограничения его использования. Большинство стран Европейского союза на законодательном уровне полностью запретили производство ЭДТА или значительно ограничили нормы содержания этого вещества в продуктах питания растительного и животного происхождения. Уже в 1991 году Федеральное министерство охраны окружающей среды, Федеральное министерство научных исследований и Федеральное министерство здравоохранения Германии подписали Декларацию об уменьшении загрязнения воды ЭДТА. На сегодня полностью запрещено использование этого соединения в Австралии.
Особого внимания в этом контексте заслуживает тот факт, что человечество уже создало и успешно использует альтернативу этому опасному продукту.
Главный вопрос: «Победит ли здравый смысл, или опять победят деньги?».
Кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник Устимовской опытной станции растениеводства института растениеводства им. В.Я. Юрьева НААН
Тригуб О.В.
Поділитись в соцмережах:
