Применение ЭДТА в сельском хозяйстве

Прежде природа угрожала человеку, а теперь человек угрожает природе…

Жак Ив Кусто

Химизация сельскохозяйственного производства важнейший элемент повышения его продуктивности. Но давайте задумаемся, в погоне за высокой урожайностью не открывают ли технологи «ящик Пандоры», ведь последствия от применения малоизученных препаратов в долгосрочной перспективе могут быть самые неожиданные.

Одним из направлений химизации есть сбалансированное обеспечение растений всеми необходимыми макро и микроэлементами питания, которые активизируют процессы, необходимые для успешного развития растений и повышения их продуктивности. Однако последние должны вводится в живой организм в биологически активной форме, способной легко транспортироваться и усваиваться. Этого можно достичь при использовании биологически активных комплексонов. Наиболее распространенным примером таких комплексонов является ЭДТА (этилендиаминтетрауксусная кислота), впервые полученная австрийским химиком Фердинандом Мюнцом (1888–1969 гг.) в Германии, который запатентовал ее в 1935 году. В современных технологиях производства ЭДТА сырьем для ее синтеза служат этилендиамин, формальдегид и синильная кислота, которые впоследствии подвергают щелочному гидролизу.

Основное свойство ЭДТА – это способность связывать ионы некоторых элементов, в число которых входят Са2+, Fe3+, Cu2+, Ni2+, Со2+,образовывая с ними особенно стабильные комплексы, называемые хелатами (от греческого chele – крабовая клешня).

Эта способность, а также относительная дешевизна этого хелатанта обусловили использование его в различных областях деятельности человека, таких как аналитическая химия, медицина, промышленность, сельское хозяйство.

Для химических препаратов, применяемых в указанных отраслях, важнейшим свойством является их токсичность. Основной принцип медицины – «не навреди». Это в полной мере касается всех видов деятельности человека, которые так или иначе могут влиять на здоровье людей и на экологическую обстановку в целом. Все химические вещества, которые человек использует в сельском хозяйстве, пищевой промышленности и т. п., должны быть нетоксичными и не накапливаться в почве и живых организмах.

Отклонение от этих требований обязательно создаст через определенное время серьезные проблемы.

ЭДТА и коплексонаты на ее основе достаточно стабильны, что, с одной стороны, является преимуществом, а с другой – создает опасность накопления этого вещества в почве при систематическом его применении.

В чем же заключается угроза?

При попадании в растение комплексонат отдает атомы металлов (например, железа, марганца) растению, освобождая ЭДТА в чистом виде. Это вещество не усваивается растением и в конечном итоге попадает в почву, концентрируясь в основном в ее верхнем 10-сантиметровом слое.

Далее ЭДТА проявляет высокую устойчивость, увеличивая подвижность металлов в субстрате, продолжая выполнять возложенную на нее функцию и оказывая влияние на уровень накопления растениями металлов, даже на третий год после ее однократного внесения [Автухович И. Е.,Постников Д. А. Влияние ЭДТА на поведение металлов в субстрате и их накопление растениями //Естественные и технические науки. – 2014].

Так, через 19 месяцев после применения ЭДТА обнаруживается в корневой зоне, создавая, по сути, мину замедленного действия для будущей урожайности сельскохозяйственных культур, поскольку в последнее время в связи с бурным развитием промышленности наблюдается значительное возрастание уровня тяжелых металлов в окружающей среде.

Термин «тяжелые металлы» применяется к металлам либо с плотностью, превышающей 5 г/см3, либо с атомным номером больше 20. Хотя существует и другая точка зрения, согласно которой к тяжелым металлам относятся свыше 40 химических элементов с атомными массами, превышающими 50 ат. ед. Среди химических элементов тяжелые металлы наиболее токсичны и уступают по уровню своей опасности только пестицидам. При этом к токсичным относятся следующие химические элементы: Co, Ni, Cu, Zn, Sn, As,Se, Te, Rb, Ag, Cd, Au, Hg, Pb,Sb, Bi, P.

Тяжелые металлы, находящиеся в грунте в виде солей, слабо усваиваются растениями. Но образование комплексов ЭДТА с тяжелыми металлами приводит к более интенсивному поглощению их растениями, что бывает крайне нежелательно.

Тяжелые металлы токсичны для растений, их концентрация приводит к хлорозу, слабому росту растений, снижению урожайности и может даже сопровождаться снижением поглощения питательных веществ, нарушением в метаболизме растений и уменьшением способности фиксировать молекулярный азот в бобовых растениях. Особенно интенсивно поглощение тяжелых металлов растениями происходит на кислых грунтах. Причем наиболее опасными по степени загрязнения почв тяжелыми металлами являются почвы многогумусовые, глинистосуглинистые, темно-серые лесные, черноземы и темно-каштановые [Lockhart H., Blakeley R. //Environ Sci. Tech. – 1975. – V. 9.– P. 1035].

Другая опасность состоит в том, что тяжелые металлы, связанные ЭДТА, образуя новые комплексонаты, не только усваиваются растением, но и попадают в грунтовые воды. Это приводит к накоплению биометаллов в высоких концентрациях, что ведет к разрушению экосистем. Примером подобной экологической катастрофы, произошедшей в результате неконтролируемого применения ЭДТА, может служить дельта реки Миссисипи в США, в которой сейчас извергается поток, обогащенный ЭДТА и другими химическими веществами, способствующими увеличению ежегодной «мертвой зоны», охватывающей огромную территорию [Автухович И. Е.,Постников Д. А. ВлияниеЭДТА на поведение металлов в субстрате и их накопление растениями //Естественные и технические науки. – 2014].

То, что попадание продуктов, содержащих ЭДТА, в окружающую среду создает значительные экологические проблемы также подтверждается результатами исследований ряда зарубежных ученых [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 и т. д.].

В Канаде и многих странах Европы ЭДТА запрещена из-за своей токсичности.

В научной литературе отмечается и токсичность самой ЭДТА для некоторых видов растений. Так препарат ЭДТА в дозе 6 ммоль/кг грунта оказался токсичным для сафлора красильного (Carthamus tinctorius), что проявилось в виде хлороза листьев и снижения биомассы растений [Автухович И.Е., Постников Д.А. Ремедиация грунтов. Индуцированная витоэкстракция. / Saabibcken, Germany: Palmarium academic publishing. – 2013. – 92 c.].

Являясь относительно малотоксичной для человека, ЭДТА проявляет цитотоксичность и генотоксичность для животных. Острую токсичность с летальным исходом вызывает у крыс доза,равная 2-2,2 г/кг живого веса [Gardiner J. Complexation of trace metals by ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) in natural waters // Water Res. – 1976 – Vol. 10 – P. 507–514].

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что использование ЭДТА в сельском хозяйстве для внесения микроэлементов сопряжено с определенным риском, уровень которого повышается с увеличением концентрации данного хелатанта в почве.

Неконтролируемое применение комплексонов на основе ЭДТА может ухудшить экологическую обстановку в регионе, негативно влиять на потребительские свойства сельскохозяйственной продукции и последующую урожайность сельскохозяйственных культур.

Юрий Самусенко,
кандидат химических наук