3. Основные источники загрязнения природной среды в сельском хозяйстве

В последние десятилетия в связи с усилением антропогенного воздействия на биосферу, приведшим к глобальному загрязнению окружающей среды большую актуальность приобрела проблема качества сельскохозяйственной продукции. Вещества, загрязняющие окружающую среду, отрицательно воздействующие на живые организмы и снижающие качество сельскохозяйственной продукции, называются поллютантами (от английского слова pollution – загрязнение). Близко по смыслу к этому термину понятие "токсикант"- вещество, загрязняющее продукцию и оказывающее неблагоприятное действие на организм человека и животных. К числу основных поллютантов относятся радионуклиды, тяжелые металлы, пестициды, нитраты, некоторые органические и минеральные вещества

Нитраты. Азот выполняет важную физиологическую функцию, входя в состав белков, нуклеиновых кислот, ферментов, хлорофилла, витаминов и др. Тем не менее азот способен образовывать токсичные соединения, опасные для здоровья человека и животных (нитраты, нитриты, аммиак, нитрозоамины). Основными источниками поступления в почву токсичных соединений азота, в первую очередь нитратов, являются азотные удобрения и стоки животноводческих комплексов. В организм человека нитраты попадают с пищей и питьевой водой.

Отрицательное действие нитратов на организм человека и животных обусловлено двумя основными причинами.

1. Попадая в органы пищеварения, нитраты (NO₃^-) под действием микроорганизмов восстанавливаются до нитритов (NО₂^-), которые токсичнее нитратов в 10-20 раз. Нитриты взаимодействуют с железом гемоглобина крови, вызывая его окисление. При этом гемоглобин превращается в метгемоглобин, который не способен переносить кислород. В результате снижается снабжение ткани организма кислородом. Наиболее чувствительны к действию нитратов дети.

2. Нитраты вступают в реакцию с вторичными аминами, образуя нитрозоамины. Последние могут вызывать мутации, рак, а также воздействовать на зародышевые ткани.

Содержание нитратов определяется биологическим, средовым и технологическим факторами. Виды растений различаются по накоплению нитратов. Больше их накапливается в овощных культурах, у которых в пищу потребляются корень (редис, свекла столовая, редька) и листья (салат, шпинат, петрушка). Содержание нитратов уменьшается на пути корень – стебель – лист – плод – семена. Молодые растения накапливают больше нитратов, чем старые. При уборке многосборовых растений (огурец, томат) больше нитратов в плодах ранних сборов. Различие между сортами одного вида по накоплению нитратов – 200-500%.

Неблагоприятные средовые условия (недостаток света, неоптимальная температура и др.) приводят к задержке участия нитратов в синтезе органических соединений и их избыточному накоплению, что характерно для овощей защищенного грунта.

Главный технологический фактор накопления нитратов – виды, дозы, сроки и способы внесения азотных удобрений.

Содержание нитратов в продуктах питания можно снизить в результате ряда мероприятий:

• оптимизация доз азотных удобрений;

• применение медленнодействующих форм азотных удобрений;

• локальное и дробное внесение удобрений;

• исключение поздних подкормок азотом;

• селекция на снижение накопления нитратов;

• выбор оптимальных сроков уборки (вечерние часы для листовых овощей);

• создание оптимальных условий выращивания в защищенном грунте;

• хранение свежих овощей при пониженной температуре;

• переработка овощей (варка, соление, маринование, квашение).

Тяжелые металлы. К тяжелым металлам относятся химические элементы с атомной массой свыше 50 и плотностью более 6 г/см³ ( ртуть, кадмий, свинец, железо, кобальт, олово, никель, медь, молибден, мышьяк и др.). Некоторые из тяжелых металлов (медь, молибден, железо, марганец и др.) входят в состав ферментов. Эти металлы токсичны только при повышенных концентрациях. Наибольшей токсичностью обладают ртуть, кадмий, свинец, мышьяк.

Основными источниками тяжелых металлов являются предприятия черной и цветной металлургии, тепловые электростанции, нефтеперерабатывающие предприятия, транспорт, минеральные удобрения, осадки сточных вод, пестициды, отходы промышленности.

Тяжелые металлы отрицательно воздействуют на активность ферментов, в результате чего нарушаются биохимические процессы в растениях, животных, микроорганизмах. Наиболее уязвимыми к действию тяжелых металлов являются микроорганизмы. В результате попадания тяжелых металлов в почву происходит перестройка микробоценоза. Снижается количество полезных микроорганизмов (азотфиксирующие бактерии, актиномицеты). Повышается количество грибов. Нарушается естественный процесс почвообразования. Растения могут накапливать тяжелые металлы из почвы и из воздуха при попадании непосредственно на поверхность растений. В первом случае происходит снижение поступления тяжелых металлов на пути корень- стебель- лист- плод- семена. Второй путь (воздушный) более опасен, поскольку при этом возможностей для детоксикации значительно меньше. Детоксикация (снижение активности) в растительных клетках может происходить в результате образования сложных соединений тяжелых металлов с различными органическими веществами, накопления их в вакуолях и удаления через клеточную стенку. Растения различных видов и сортов растений существенно различаются по накоплению тяжелых металлов.

Тяжелые металлы попадают с пищей и кормом в организм человека и животных. Кроме того, они могут поступать в организм из воды и воздуха. Последний путь наиболее опасен.

Для снижения поступления тяжелых металлов в растениях можно порекомендовать следующие мероприятия:

• известкование кислых почв;

• внесение органических удобрений;

• глинование легких почв;

• применение цеолитов (поглотителей металлов);

• подбор видов и сортов растений с невысоким накоплением металлов в продуктивных органах;

• выращивание технических культур (лен, сахарная свекла и др.);

• создание сортов с минимальным накоплением металлов;

• "биологическое разбавление" за счет повышения урожая в результате агротехнических приемов;

• выведение загрязненных участков из сельскохозяйственного оборота;

• удаление загрязненного слоя почвы.

Пестициды. Под пестицидами обычно понимают химические средства сдерживания, регуляции, защиты и борьбы с вредными организмами в сельском, лесном хозяйстве и здравохранении. В настоящее время используют более 1000 веществ в качестве пестицидов. Несмотря на то, что сельскохозяйственное производство нуждается в применении пестицидов,

их использование наносит ущерб окружающей среде.

Большая часть пестицидов является ксенобиотиками, т.е. веществами, чуждыми природе. Только 1-3% применяемых пестицидов действует на организм-мишень, остальное количество распространяется в окружающей среде и включается в пищевые цепи. При этом может происходить биоаккумуляция – многократное увеличение концентрации пестицида при продвижении его по пищевым цепям. Так, например, концентрация ДДТ изменялась следующим образом: вода в озере Мичиган (0.001 мг/л)- жир рыб (3.5 мг/кг)- жир чаек (100мг/кг) - жир человека 3-113 мг/кг. Более половины примененного ранее ДДТ циркулирует в биосфере.

Под действием живых организмов и абиотических факторов среды происходит биотрансформация – изменение химических свойств пестицидов. При этом возможны детоксикация _ потеря токсичности, а также токсификация – увеличение токсичности (например, у гербицида атразина).

Помимо биоаккумуляции и токсификации неблагоприятное действие пестицидов проявляется в следующем:

• накопление в объектах окружающей среды;

• появление устойчивых к пестицидам форм вредных организмов;

• гибель некоторых полезных организмов, уменьшение биоразнообразия и устойчивости природных экосистем;

• отдаленные последствия, связанные с патологическим и мутагенным действием на живые организмы.

Особую опасность представляет смыв пестицидов в водоемы (от 30 до 70%). При этом нарушается функция размножения животных, происходит их массовая гибель. Попадая в почву, пестициды воздействуют на почвенную биоту (микрорганизмы, червей, и др.). Изменение почвенного биоценоза может приводить к подавлению почвообразовательного процесса и деградации почв.

Большинство пестицидов обладают мутагенным действием. По данным Национальной Академии Наук США, 90% всех фунгицидов,60%гербицидов и 30% инсектицидов, применявшихся в США в 1986 году, вызывают рак. Академик А.В.Яблоков сообщает, что ежегодно в мире пестицидами отравляются 1-2 млн человек, их них 20-50 тысяч – смертельно. Средняя продолжительность жизни механизаторов-химизаторов на 10 лет короче. Особенно подвержены воздействию пестицидов беременные женщины и дети.