Numer 10/1999
Metale ciężkie - kadm, ołów i rtęć - to pierwiastki, które nawet w najmniejszych ilościach są szkodliwe dla zdrowia. Ich wspólną cechą jest zdolność do kumulowania się w organizmie i długi okres biologicznego półtrwania. Kadm uznawany jest za najbardziej niebezpieczny, ze względu na to, że łatwo przemieszcza się w łańcuchu gleba - roślina - człowiek.
| Pierwiastek ten może być przyczyną, między innymi, chorób nadciśnieniowych, zmian nowotworowych, zaburzeń czynności nerek oraz układu rozrodczego, a także prowadzić do zmian w metabolizmie wapnia i silnej demineralizacji kośćca. Według ekspertów Światowej Organizacji Zdrowia (FAO/WHO), dopuszczalne maksymalne tygodniowe spożycie kadmu wynosi 0,007 mg Cd na kilogram masy ciała (co odpowiada dziennemu spożyciu 0,001 mg Cd/kg masy ciała). W diecie człowieka pierwiastek ten pochodzi głównie z produktów roślinnych. | |||
|
| |||
| Główne źródła metali ciężkich | |||
| W rejonach znajdujących się poza zasięgiem oddziaływania zanieczyszczeń przemysłowych, komunalnych i motoryzacyjnych głównym źródłem skażenia roślin metalami ciężkimi jest gleba, a ich zawartość w niej zależy od koncentracji tych pierwiastków w skale macierzystej oraz przebiegu procesów glebotwórczych. Uprawy warzyw powinny być więc lokalizowane na glebach nie zanieczyszczonych, o niskiej naturalnej zawartości tych metali. Ze względu na możliwość wystąpienia lokalnie podwyższonych zawartości, szczególnie kadmu, przed podjęciem uprawy warzyw wskazane jest wykonanie chemicznej analizy gleby w celu określenia zawartości metali ciężkich. Pobieranie metali ciężkich przez roślinę zależy jednak nie tylko od całkowitej zawartości tych metali w glebie, ale przede wszystkim od ilości ich form aktywnych, przyswajalnych dla rośliny. Wpływ na to mają fizyczne i chemiczne właściwości gleby — przy złych, nawet na stanowisku o naturalnej zawartości metali ciężkich, rośliny mogą zawierać podwyższone ilości metali ciężkich, zwłaszcza kadmu. W okolicach o silnej emisji pyłów i gazów przemysłowych, warzywa mogą ulegać skażeniu nie tylko poprzez system korzeniowy, ale także przez nadziemne części łatwo zatrzymujące na swej powierzchni metale ciężkie z zanieczyszczonego powietrza. | |||
|
| |||
| Gleba | |||
Przy wysokiej zawartości metali ciężkich w glebie ich podwyższona akumulacja w roślinach najsilniej ujawnia się na glebach lekkich, a najsłabiej na ciężkich, o wysokiej zawartości minerałów ilastych oraz substancji organicznej, a także przy wyższych wartościach pH (tab. 1). W takich warunkach spada rozpuszczalność związków metali ciężkich. Dodawanie do gleby naturalnych lub syntetycznych adsorbentów — na przykład zeolitów (czyt. też HO 9/98), bentonitów, berengitów i diatomitów — prowadzi do zmniejszenia dostępności tych pierwiastków dla roślin. Doświadczalnie stwierdzono, że wprowadzenie do gleby o korzystnych właściwościach fizyko-chemicznych diatomitu, w dawkach 3, 6, 12 ton na hektar, powodowało spadek zawartości kadmu w spichrzowych korzeniach marchwi odpowiednio o 5%, 28% i 33%.
Istotne jest również utrzymywanie gleby w wysokiej kulturze oraz zapewnienie optymalnych stosunków powietrzno-wodnych. W glebach kwaśnych i słabo napowietrzonych powstają warunki redukcyjne sprzyjające zwiększeniu dostępności dla roślin metali ciężkich. | |||
|
| |||
| Odczyn | |||
| Około 90% użytkowanych rolniczo gleb Polski wykazuje naturalną zawartość kadmu, ich zakwaszenie może być powodem zwiększenia bioakumulacji tego pierwiastka przez rośliny. Ocenia się, że aktywność kadmu w 61% zależy od odczynu roztworu glebowego. Gdy wartość pH jest wyższa od 6,5, zdecydowanie zmniejsza się ilość łatwo rozpuszczalnych form metali ciężkich w glebie i ograniczone jest ich pobieranie oraz gromadzenie przez rośliny. Spadek wartości pH powoduje wzrost rozpuszczalności połączeń chemicznych kadmu i zmniejszenie się jego adsorpcji na koloidach glebowych. Uregulowanie odczynu gleby jest więc podstawowym warunkiem ograniczenia akumulacji kadmu w warzywach. | |||
|
| |||
| Wapnowanie | |||
| Wysokie (przekraczające 90%) wysycenie kompleksu sorpcyjnego gleby wapniem oraz innymi pierwiastkami zasadowymi obniża bioakumulację kadmu w roślinach. Wapnując glebę podwyższa się nie tylko jej odczyn, ale również wprowadza się wapń, który przez tworzenie z wieloma pierwiastkami związków trudno rozpuszczalnych również ogranicza ich dostępność dla roślin. W przypadku gleb o niskiej zawartości magnezu do regulowania ich kwasowości należy używać wapna magnezowego. Ważne jest, aby wapno nawozowe nie zawierało podwyższonych ilości metali ciężkich. Dopuszczalna zawartość kadmu (według PN-93C-87007/02) w nawozach wapniowych wynosi 8 mg Cd/kg CaO, a w nawozach wapniowo-magnezowych 15 mg Cd/kg CaO + MgO. Znajdujące się w sprzedaży nawozy spełniające te normy powinny posiadać atest wydany przez Polskie Centrum Badań i Certyfikacji. Kwasowości gleb o niskim pH nie można regulować wprowadzając jednorazowo wysoką dawkę wapna, zwłaszcza tlenkowego. Takie postępowanie może pogorszyć właściwości fizyko-chemiczne gleby i przyczynia się do wzmożonego akumulowania metali ciężkich w roślinach uprawianych bezpośrednio po tym zabiegu. Na krótko przed rozpoczęciem uprawy można jedynie przeprowadzić niewielką korektę odczynu podając wapno węglanowe. | |||
|
| |||
| Materia organiczna | |||
| W glebach mineralnych wzrost zawartości substancji organicznej sprzyja ograniczaniu gromadzenia się kadmu w roślinach. Związane jest to z unieruchamianiem tego pierwiastka poprzez wysokocząsteczkowe koloidy organiczne oraz z ogólną poprawą właściwości fizyko-chemicznych gleby nawożonej organicznie. Substancję organiczną w glebie można uzupełniać wprowadzając obornik, komposty, nawozy zielone. Mniej korzystne jest przyorywanie słomy lub innych materiałów podlegających szybkiej mineralizacji — może to przejściowo zwiększyć dostępność dla roślin metali ciężkich, które tworzą wówczas niskocząsteczkowe połączenia z produktami mineralizacji materii organicznej, łatwo absorbowane przez rośliny. Nawozy organiczne mogą być jednak niekiedy źródłem metali ciężkich — na przykład komposty wytwarzane z materiałów skażonych tymi pierwiastkami (komposty komunalne, osady ściekowe). Również obornik może zawierać znaczne ilości takich zanieczyszczeń — gdy pochodzi od zwierząt wypasanych w strefach skażonych (na przykład wzdłuż szlaków komunikacyjnych) lub gdy jako ściółki użyto słomy zbóż skażonych tymi pierwiastkami. | |||
|
| |||
| Nawożenie według zapotrzebowania | |||
| Optymalny dla rośliny poziom składników odżywczych w glebie oraz właściwe ich proporcje, ułatwiają uzyskanie plonów o niskiej zawartości metali ciężkich. Jest to możliwe tylko wtedy, gdy nawożenie jest oparte na chemicznej analizie gleby i szczególnie ważne na słabych glebach, gdyż te o wysokiej kulturze, bogate w substancję organiczną mają większą buforowość i następuje w nich samoregulacja dostępności pierwiastków. Przed każdą uprawą zawartość mineralnych składników w glebie powinno się doprowadzić do poziomu wymaganego przez dany gatunek. Wybierając nawozy mineralne należy zwrócić uwagę na to, jaką mają zawartość metali ciężkich (tab. 2).
Większe ilości kadmu mogą występować w nawozach fosforowych oraz wieloskładnikowych zawierających fosfor. Źródłem tych zanieczyszczeń są używane do ich produkcji surowce — fosforyty i apatyty. Bezpieczniejsze jest podawanie nawozów fosforowych na długo przed uprawą roślin mających zdolność do kumulowania kadmu — na przykład jesienią. Wówczas znajdujące się w nawozach metale ciężkie mogą utworzyć w glebie trudno rozpuszczalne związki, niedostępne dla roślin. W uprawie marchwi na glebie o stosunkowo kwaśnym odczynie i wysokiej zawartości łatwo rozpuszczalnych form kadmu stwierdzono, że wiosenne nawożenie superfosfatem, bezpośrednio przed wysiewem nasion, spowodowało wzrost bioakumulacji tego pierwiastka w korzeniach spichrzowych (tab. 3). Z drugiej strony obecność fosforu w glebie jest ważnym czynnikiem ograniczającym pobieranie metali ciężkich przez rośliny, gdyż przy wyższej zawartości łatwo rozpuszczalnych form tego pierwiastka mogą wytrącać się trudno rozpuszczalne fosforany — między innymi cynku, kadmu, ołowiu i miedzi.
Przy nawożeniu potasem należy unikać jednorazowego wprowadzania dużych dawek soli potasowej, zwłaszcza na krótko przed uprawą roślin. Może to być przyczyną silnego uwalniania niespecyficznie związanych w glebie metali ciężkich, ponieważ zwiększa się w roztworze glebowym stężenie soli obojętnych. Skutkiem tego może być nawet 50-krotny wzrost rozpuszczalności kadmu. Poziom nawożenia azotem nie ma bezpośredniego wpływu na akumulowanie metali ciężkich. Istnieje wprawdzie pewien wpływ pośredni, ponieważ azot w formie amonowej obniża pH gleby, co zwiększa dostępność metali ciężkich dla roślin. W glebach o uregulowanym odczynie zagrożenie takie nie występuje. Niedostateczna zawartość w glebie cynku, manganu, miedzi i żelaza prowadzi często do nadmiernego akumulowania w roślinach wielu metali ciężkich. Dobra zasobność gleby w przyswajalne mikroskładniki odżywcze zmniejsza zagrożenie skażenia roślin metalami ciężkimi. | |||
|
| |||
| Co uprawiać? | |||
| Akumulacja metali ciężkich w roślinach w dużym stopniu zależy również od gatunku, a nawet odmiany. Spośród warzyw najwięcej tych pierwiastków gromadzą liściowe, następnie kapustne i korzeniowe, najmniej zaś te, których częścią użytkową są owoce. Oblicza się niekiedy tak zwany współczynnik przenoszenia, który jest ilorazem zawartości metalu w roślinie i w glebie. Według tego kryterium wyróżniono grupy warzyw akumulujących kadm: - w bardzo małych ilościach (współczynnik przenoszenia 0,1–0,5) — groch, fasola szparagowa; - umiarkowanie (0,5–1,0) — marchew, kapusta; - silnie (1,0–3,0) — por, rzodkiewka; - bardzo silnie (3,0–6,0) — sałata, szpinak, seler naciowy. Powinno się unikać uprawiania roślin o podwyższonej zdolności gromadzenia metali ciężkich na glebach o właściwościach sprzyjających pobieraniu tych pierwiastków przez rośliny. Autorzy są pracownikami Akademii Rolniczej w Krakowie | |||
