Zagrożenia związkami chemicznymi

pochodzącymi z rolnictwa

.

1. Wprowadzenie

Czasy współczesne to okres, w którym rozwinięte społeczeństwa, dzięki postępowi nauki, coraz wyraźniej uzmysławiają sobie zagrożenia związane z intensyfikacją szeroko pojętego rozwoju gospodarczego. Podstawą dzisiejszych i przyszłych procesów rozwojowych staje się ogólna koncepcja "zrównoważonego rozwoju" (sustainability). Ta ogólna koncepcja w odniesieniu do rolnictwa znalazła wyraz w sformułowaniu zasad "trwałego rolnictwa" (sustainable agriculture). Istota koncepcji polega na postawieniu przed rolnictwem oprócz dotychczasowych tradycyjnych celów, takich jak: (1) zapewnienie dochodów dla gospodarstwa rolniczego, (2) podaż żywności dla społeczeństwa o odpowiednich cechach ilościowych i jakościowych, nowych celów ekologicznych i społecznych, do których przede wszystkim nalezą: (3) ochrona środowiska abiotycznego (gleba, powietrze, woda), (4) zagospodarowanie terenów wiejskich w sposób zapewniający ochronę przyrody i krajobrazu, (5) dbałość o zdrowie j dobre samopoczucie ludności miejskiej i wiejskiej. Realizacja tych celów wymaga nowego podejścia do szeroko pojętego gospodarowania w przestrzeni rolniczej. Rolnictwo, podobnie jak każda działalność gospodarcza, opiera się na wykorzystaniu zasobów naturalnych, kapitałowych i ludzkich. Jednak stopień wykorzystania zasobów naturalnych w rolnictwie w porównaniu do innych działów gospodarki jest szczególnie duży. Szacuje się, że tzw. współczynnik "urolniczenia terenów" w skali świata wynosi średnio 35%, w Europie 46%, a w Polsce aż 60% (Woś 1995). Rolnictwo jest więc "gospodarzem" znacznych obszarów kraju, co powoduje, że jego oddziaływanie na szeroko pojętą przestrzeń przyrody jest znaczące. Zagrożenia dla środowiska powodowane przez rolnictwo wynikają z jednej strony ze stosowania intensywnych technologii rolniczych, a z drugiej wiążą się bezpośrednio z poziomem Infrastruktury sanitarnej gospodarstwa rolnego i wsi. Niemałe znaczenie odgrywa w tym także ; poziom wykształcenia społeczności wiejskich i związany z tym stan świadomości ekologicznej. Intensywne technologie rolnicze powodują nadmierne obciążenie ziemi ; i wód rolniczych nakładami środków kapitałowych (nawozy, pestycydy, pasze, antybiotyki itp.) oraz odpadami produkcji rolniczej (obornik, gnojówka, gnojowica itp.). Wieś w ogromnej większości przypadków nie posiada urządzeń do oczyszczania œcieków oraz do właściwego przechowywania odchodów zwierzęcych i gospodarowania nimi. Wszystko to sprawia, że zagroda gospodarstwa wiejskiego stanowi poważne źródło zanieczyszczeń środowiska. Wśród wielu zagrożeń dla środowiska powodowanych przez rolnictwo zanieczyszczenia chemiczne postrzegane są jako szczególnie uciążliwe i w wielu przypadkach niebezpieczne. Do najistotniejszych zanieczyszczeń chemicznych emitowanych z obszarów rolniczych należą: (1) związki azotu z nawozów organicznych i mineralnych oraz ścieków bytowych,." (2) fosforany, głównie ze ścieków bytowych, (3) pestycydy wprowadzane w intensywnych technologiach rolniczych, (4) metale ciężkie wprowadzane w nawozach i produktach do użyźniania gleb. Mogą one powodować skażenia gleb, wód, a w przypadku związków azotu także powietrza.

2. Zagrożenia środowiska przyrodniczego związkami azotu

Związki azotu stanowią główne zanieczyszczenie chemiczne emitowane z obszarów rolniczych. Badania nad bilansem azotu w rolnictwie, określonym jego udziałem w produktach sprzedanych z gospodarstwa w stosunku do wniesionych z zewnątrz, szacują wykorzystanie azotu na poziomie zaledwie 20%. Skala strat jest więc znacząca. Są to głównie straty w technologii produkcji zwierzęcej związane z pozyskiwaniem, przechowywaniem i stosowaniem nawozów organicznych. Wykorzystanie azotu z produkcji roślinnej jest znacznie większe i szacowane na poziomie 60-80%, co oznacza, że taka właśnie część azotu wniesionego w postaci nawozów zostaje wyniesiona z plonami roślin. Możliwości strat azotu w agrosystemie są więc znaczące. Azot tracony w produkcji roślinnej i zwierzęcej ulega rozproszeniu w środowisku w wyniku trzech procesów: ( 1) wymywania w formie azotanów do wód gruntowych i powierzchniowych, (2) ulatniania w formie amoniaku do atmosfery, (3) ulatniania do atmosfery w formie produktów denitryfikacji (NO, N₂O, N₂).

Zanieczyszczenia wód azotanami

Warunki klimatyczne Polski wskazują na znaczne możliwości wymywania składników mineralnych w rolnictwie. Średni opad, wynoszący na przeważającym obszarze kraju 500-600 mm, jest na glebach mineralnych w 20-30% przemieszczany w głąb gleby lub stanowi spływ powierzchniowy. Strumień wymywający w przeliczeniu na 1 ha wynosi więc około 1000-1500 t wody (100-150 mm). Skala wymywania azotu jest determinowana wieloma czynnikami, wśród których trzy są dominujące: skład granulometryczny gleby, poziom nawożenia azotem i gatunek uprawianej rośliny.

Skład granulometryczny gleby decyduje o głębokości przemieszczania wody opadowej, która jest nośnikiem azotanów. Największe potencjalne zagrożenia wymywaniem azotu występują na glebach lekkich (tab. 1 ). Ponieważ gleby te dominują w Polsce, problem zagrożeń związanych z wymywaniem azotu jest dla naszego kraju znaczący. Procesy wymywania składników mineralnych zachodzą głównie jesienią, zimą i wczesną wiosną. Zagrożony wymyciem jest więc przede wszystkim azot mineralny pozostały w glebie jesienią po zbiorze roślin uprawnych.

Tabela l. Głębokość przemieszczania azotanów w cm w przeliczeniu na 100 mm

opadu

Skład granulometryczny gleby	Głębokość przemieszczania NO3^-
Piasek lekki i średni Piasek gliniasty lekki i mocny Glina lekka Glina średnia Glina ciężka Ił	70 65 50 45 30 25

Poziom nawożenia może istotnie zwiększyć wymywanie azotanów. Decydujące znaczenie ma dawka i termin nawożenia. Dość powszechnie panuje przekonanie, że główne zagrożenie dla wymywania azotu stwarzają nawozy mineralne, natomiast nawozy organiczne, a w szczególności obornik, są bezpieczne dla środowiska. W rzeczywistości azot jest zagrożony wymywaniem z nawozów mineralnych i organicznych w jednakowym stopniu. Zbyt wysokie: dawki nawozów organicznych, podobnie jak nawozów mineralnych, wpływają na wzrost wymywania azotanów (tab. 2).

Tabela 2. Wpływ nawożenia mineralnego i nawożenia obornikiem na ilość

N-NO3 w głębszych warstwach gleby po 16 latach (Mazur 1991 )

Nawożenie	Ilość N w kg/ha w warstwie 50 - 75 cm podlegająca wymyciu
Bez nawożenia	1,0
Nawożenie mineralne NPK	3,7
NPK + obornik 1 raz na 4 lata	6,0	2.3'
NPK + obornik 2 razy na 4 lata	8.6	4,9'
NPK + obornik 4 razy na 4 lata	15,4	11,7'

`ilość N - NO₃ pod wpływem obornika

Decydujące znaczenie dla ochrony azotu przed wymywaniem ma niezależnie od rodzaju nawozu dostosowanie ilości stosowanych dawek do potrzeb roślin oraz stosowanie nawozów w bezpiecznych terminach z punktu widzenia zagrożeń wymywaniem. Gatunek uprawianej rośliny istotnie może wpływać na wymywanie azotanów. Najbardziej ogranicza wymywanie roślinność drzewiasta, a w następnej kolejności roślinność użytków zielonych. Dlatego te rośliny są najbardziej przydatne do tworzenia pasów ochronnych wokół rzek i jezior. Najbardziej sprzyjające warunki wymywania azotanów występują na gruntach ornych, co wiąże się bezpośrednio z potrzebą wykonywania orek i stosowaniem nawożenia. Wśród roślin uprawnych zróżnicowanie podatności na wymywanie jest znaczne:

warzywa > okopowe > zbożowe > trawy > drzewa

Największe zagrożenie wymywaniem azotu występuje zwykle w uprawie warzyw gruntowych, co wiąże się najczęściej z dużą intensywnością ich uprawy i wysokimi dawkami nawozów. Stosując w technologiach rolniczych odpowiedni dobór roślin i wprowadzając zmianowania o dużym udziale ozimin i międzyplonów, można w znaczący sposób ograniczyć wymywanie azotanów.

Ulatnianie azotu w formie amoniaku do atmosfery

Globalna emisja NH₃ w świecie szacowana jest na około 62 mln ton rocznie, z czego ponad połowa to emisja ze źródeł rolniczych, głównie z produkcji zwierzęcej (tab. 3).

Tabela 3. Źródła globalnej emisji amoniaku w świecie

Źródło emisji	Emisja N-NH3
		w Mt/rok	w %
Zwierzęta domowe i ich odchody Morza i oceany Nie zagospodarowane ekosystemy Nawożenie gleb rolniczych Spalanie biomasy Inne (odpady bytowe, procesy spalania itp.) Razem	26 11 8 7 4 6 62	42 18 13 .11 6 10 100

W krajach europejskich, w tym także w Polsce udział produkcji zwierzęcej w emisji amoniaku przekracza 70% (tab. 4). Rolnictwo jest więc dominującym źródłem emisji NH₃, udział przemysłu i motoryzacji w zanieczyszczeniu atmosfery tym związkiem jest niewielki. Straty amoniaku mają już miejsce w pomieszczeniach inwentarskich. Najwięcej amoniaku ulatnia się w czasie przechowywania i składowania nawozów organicznych. Skala strat gazowych zależy od sposobu i czasu przechowywania.

Tabela 4. Ocena emisji amoniaku ze źródeł rolniczych w Polsce (Sapek 1995)

Źródło emisji amoniaku	Emisja w %
Krowy mleczne Inne bydło Trzoda chlewna Inne zwierzęta	26,4 12,0 27,2 6,0
Razem zwierzęta	73,6
Nawozy mineralne Uprawy rolnicze (rośliny, gleba)	17,5 8,9
Razem	100

W systemie z gnojowicą, w którym płynne odchody zwierząt przechowywane są w szczelnych zbiornikach, straty amoniaku są kilkakrotnie mniejsze w porównaniu do tradycyjnych technologii przechowywania odchodów zwierzęcych w postaci obornika i gnojówki. Ze względu na ochronę środowiska technologia z gnojowicą jest więc znacznie bezpieczniejsza niż tradycyjna technologia oparta na oborniku i gnojówce, która dominuje w Polsce. Straty amoniaku z odchodów zwierząt mają miejsce także podczas ich stosowania jako nawozów na użytki rolne. Przez zastosowanie nowych technologii umożliwiających ich bezpośrednie wprowadzenie pod powierzchnię gleby straty te

mogą być znacznie ograniczone. Straty amoniaku z produkcji roślinnej są ilościowo znacznie mniejsze niż z produkcji zwierzęcej. Najwięcej NH₃ ulatnia się z wysianych na użytki rolne i nawozów mineralnych. Czynnikami sprzyjającymi ulatnianiu się amoniaku '.

z gleby nawożonej nawozami mineralnymi są takie cechy gleby, jak wysokie pH i mała pojemność sorpcyjna gleby wobec kationów. Straty gazowe NH3 zależą także od warunków pogodowych i zwiększają się w warunkach wysokiej temperatury powietrza i niskiej wilgotności gleby. Poszczególne nawozy różnią się podatnością na ulatnianie z nich amoniaku. Zwykle najwięcej NH₃ ulatnia się z siarczanu amonu i mocznika, a najmniej z saletry amonowej i nawozów wieloskładnikowych. Amoniak ulatnia się także z rosnących roślin, ale ilościowo są to wartości niewielkie.

Ulatnianie do atmosfery produktów denitryfikacji (NO, N₂O, N₂) ;

Denitryfikację przeprowadzają mikroorganizmy wykorzystujące tlen zawarty w azotanach do utleniania substancji organicznej. Produktami denitryfikacji są gazowe związki azotu ulatniające się do atmosfery. Powszechnie uważa się, że proces denitryfikacji, który wymaga warunków beztlenowych w glebach uprawnych ma małe natężenie. W glebie mogą powstawać jednak strefy beztlenowe jako efekt ugniatania przy zabiegach uprawowych. Ilość emitowanych do atmosfery gazowych produktów denitryfikacji zwiększa się wraz ze wzrostem zawartości azotanów i próchnicy w glebie. Denitryfikacji sprzyja również silne uwilgotnienie i pH gleby oraz wysoka temperatura powietrza. Ilościowo straty azotu w wyniku denitryfikacji są niewielkie i nie przekraczają kilku kg N na 1 ha. Ekologiczne znaczenie mają emitowane w tym procesie tlenki azotu, które są składnikami gazów cieplarnianych.

Ekologiczne skutki strat azotu w rolnictwie

Azot tracony w produkcji rolniczej ulega rozproszeniu do wód gruntowych, powierzchniowych i atmosfery, co może mieć wiele niekorzystnych następstw dla środowiska, do których między innymi należą: (l) obniżenie jakości glebowych zasobów wód pitnych, (2) eutrofizacja jezior i rzek, (3) udział w tworzeniu kwaśnych deszczy, (4) udział w efekcie cieplarnianym. Obniżenie jakości wód pitnych. Azotany powstające w przechowywanych nawozach organicznych lub w glebie w wyniku przemian mikrobiologicznych mogą łatwo przenikać do wód gruntowych i powierzchniowych. Szczególnie dużo uwagi poświęca się wzrostowi stężenia azotanów w wodzie do picia. Według norm światowej Organizacji Zdrowia (WHO), dopuszczalne stężenie azotanów w wodzie pitnej wynosi 10 mg N. dm^-l. Spożywanie przez ludzi i zwierzęta wody o zawartości azotanów znacznie przekraczającej powyższą normę może prowadzić do wystąpienia methemoglobinemii. co jest szczególnie niebezpieczne dla dzieci w wieku poniżej 6 miesiąca życia. Istota tej choroby polega na zmniejszeniu zdolności hemoglobiny krwi do przenoszenia tlenu. Normalna hemoglobina zawiera atomy żelaza (II) Fe²⁺, które wiążą w sposób odwracalny tlen. Azotany powodują utlenianie Fe²⁺ do żelaza (III) Fe³⁺, co upośledza podstawową funkcję hemoglobiny krwi jako przenośnika tlenu. Podwyższona zawartość azotanów w wodach pitnych występuje na dużą skalę na obszarach wiejskich naszego kraju i stanowi istotne zagrożenie dla zdrowia ludzi i zwierząt. Jednym ze sposobów poprawy jakości wód jest budowa wiejskich sieci wodociągowych. Można także zapobiegać emisji azotanów do środowiska przez upowszechnianie racjonalnych sposobów przechowywania nawozów organicznych w gospodarstwach (szczelne gnojownie, zbiorniki na gnojówkę i gnojowicę) oraz budowę systemów oczyszczania ścieków na obszarach wiejskich. Obecnie uchwalona przez Sejm ustawa o nawozach i nawożeniu wprowadza standardy dotyczące warunk6w przechowywania i stosowania nawoz6w organicznych, co stwarza warunki do podjęcia działań, które w droższym okresie przyczynią się do znaczącego ograniczenia emisji azotu do środowiska.

Eutrofizacja jezior i rzek. W warunkach naturalnych w zbiornikach wodnych istnieje równowaga między trzema grupami organizmów: (l) glonami i roślinami zasiedlającymi powierzchniowe, dobrze natleniane warstwy wody, (2) bakteriami fotosyntetyzującymi, rozwijającymi się na pograniczu warstw natlenionych i głębszych, gdzie panują warunki beztlenowe, (3) mikro- organizmami beztlenowymi występującymi w osadach dennych. Obumarłe szczątki glonów opadają na dno, gdzie są wykorzystywane jako źródło energii przez mikroorganizmy beztlenowe. Końcowe produkty ich metabolizmu (siarkowodór, metan itp.) mają działanie toksyczne dla glonów. W normalnych warunkach są one jednak zatrzymywane przez bakterie fotosyntetyzujące i wykorzystywane jako źródło elektronów w procesie wiązania CO₂. Bakterie te pełnią więc rolę swoistego filtru biologicznego, chroniącego rośliny wyższe przed strumieniem substancji toksycznych, napływających z dna zbiornika. W warunkach nadmiernego dopływu azotanów do wód powierzchniowych następuje nadmiemy rozwój glonów, których obumarłe części w dużych ilościach opadają na dno zbiornika i stanowią obfite źródło substancji pokarmowych dla bakterii beztlenowych. Wytwarzane przez nie w nadmiernych ilościach toksyczne metabolity powodują przełamanie filtru biologicznego bakterii fotosyntetyzujących i przedostają się do warstwy powierzchniowej wód, co powoduje zahamowanie rozwoju glonów i innych roślin. W następstwie zmniejsza sięwydzielanie tlenu przez rośliny, co prowadzi stopniowo do powstania warunków beztlenowych w warstwach powierzchniowych. Wzrost deficytu tlenu w wodzie prowadzi do stopniowego obumierania życia biologicznego (organizmów tlenowych) w zbiornikach wodnych. Eutrofizacja jest jedną z głównych przyczyn degradacji wód jezior i stref przybrzeżnych Morza Bałtyckiego. Szacuje się, te 75% jezior w Polsce to wody, III klasy, lub nie odpowiadające normom (Pyłka-Gutowska E. 1996). Jest ona spowodowana doprowadzaniem do zbiorników wodnych nie oczyszczonych ścieków bytowych i (przemysłowych. Znaczna część dostających się tą drogą zanieczyszczeń pochodzi z obszarów wiejskich.

Udział w tworzeniu kwaśnych deszczy. Amoniak emitowany z różnych źródeł rolniczych do atmosfery reaguje z aerozolem kwasów, głównie siarkowego i azotowego, a po opadnięciu na powierzchnię ziemi wraz deszczem bierze udział w procesie nitryfikacji:

NH₄⁺ + 2O₂ = NO₃^- + 2H⁺ + H₂O

W wyniku tego procesu z jednego mola amoniaku powstają dwa jony wodorowe stanowiące czynnik zakwaszenia środowiska glebowego. Szacuje się, że udział amoniaku w kwaśnym opadzie kształtuje się na poziomie 30% (tab. 5).

Tabela 5. Udział NH₃ w zakwaszaniu i eutrofizacji środowiska na tle emisji

innych gazów w Polsce

Przeliczenie	SOx	NOx	NH3
W przeliczeniu na H^+ (w kt/rok)	87,9	24,6	48,9
Udział w kwaśnym opadzie (%)	54,5	15,2	30,3

Udział azotu w efekcie cieplarnianym. W ciągu ostatnich lat obserwuje się naruszenie bilansu cieplnego Ziemi w wyniku wzrostu stężenia w atmosferze wielu gazów, takich jak C02, CH4, NO2, N2O, jako efektu działalności gospodarczej człowieka. Istota zjawiska polega na absorpcji przez cząsteczki wyżej wymienionych gazów promieniowania podczerwonego, które stanowi część promieniowania słonecznego odbitego od powierzchni Ziemi. W efekcie ograniczeniu ulega ilość ciepła ziemskiego rozpraszanego w przestrzeń kosmiczną, co - jak się przypuszcza - może prowadzić po dłuższym czasie do ocieplenia klimatu Ziemi. Udział tlenków azotu pochodzących z rolnictwa jest w tym zjawisku znaczący, bo sięgający 24% (tab. 6).

Tabela 6. Emisja gazów cieplarnianych do atmosfery przez rolnictwo światowe

oraz ich potencjał cieplarniany

Gazy cieplarniane	Emisja w mln ton	Globalny potencjał cieplarniany (GPC)
				Współczynnik	% w całości GPC
N2O NO2 CH4 CO CO2	8,5 36,0 245,0 775,0 5505,0	290 40 21 2 1	15 9 32 10 33

Skażenia roślin azotanami. Stosowanie nadmiernych dawek azotu w nawożeniu zwiększa jego koncentrację w tkankach roślin ponad potrzeby wynikające z produkcji białka Prowadzi to do wzrostu zawartości azotanów w roślinach, co istotnie pogarsza ich wartość paszową i pokarmową. Dużą zdolność do gromadzenia nadmiernych ilości azotanów mają warzywa i niektóre rośliny uprawy polowej, takie jak ziemniaki, kukurydza czy buraki. Spośród warzyw największe zdolności do kumulowania azotanów mają buraki ćwikłowe, szpinak, kapusta biała i marchew. Dopuszczalne zawartości azotanów (mg N-NO₃^-/kg) w warzywach są znacznie zróżnicowane gatunkowo: ziemniaki -250, kapusta biała -500-900, burak ćwikłowy -1400, marchew -250-400, pomidory i ogórki -150. Warzywa są więc znaczącym źródłem azotanów w diecie człowieka. Przykładowo, w Szwajcarii szacuje się, że 70% dziennego pobrania azotanów przez człowieka pochodzi z warzyw, a tylko 20% z wody pitnej. Nadmierne ilości azotanów spożywane w pożywieniu i z wodą pitną mogą

działać szkodliwie na ludzi i zwierzęta nie tylko przez wywoływanie methemoglobinemii, co ma miejsce zwykle przy bardzo dużym ich spożyciu. Azotany i powstające z nich w roślinie azotyny reagują z aminami stanowiącymi jeden z produktów rozkładu białek i powstają nitrozoaminy, związki o działaniu kancerogennym. Procesy te mogą zachodzić zarówno w organizmach roślinnych, jak i zwierzęcych. Dlatego tak istotne jest przestrzeganie dopuszczalnych norm pobierania azotanów przez ludzi i zwierzęta. Doświadczalnie ustalono, że dobowa dawka azotanów pobrana przez człowieka nie powinna przekraczać 10 mg N-NO3- na 1 kg masy ciała, co dla człowieka o masie 70 kg odpowiada 700 mg N-NO3- (Fotyma, Mercik 1995). Obecnie opracowane są technologie nawożenia azotem pozwalające poprzez nawożenie zlokalizowane znacznie ograniczyć pobieranie azotanów (Sommer 2000). Ich upowszechnienie na szeroką skalę, zwłaszcza w uprawie warzyw, może mieć duże znaczenie dla ograniczenia ilości azotanów przenikających z obszarów rolnych do pożywienia człowieka.

3. Zanieczyszczenie środowiska związkami fosforu

Związki fosforu obok azotanów są głównym czynnikiem przyczyniającym się do eutrofizacji jezior i Morza Bałtyckiego. Stężenie związków fosforu w wodach jezior i rzek jest stosunkowo niskie (60 ppb), co wynika ze słabej (w porównaniu do związków azotu) ich rozpuszczalności. większość fosforu przedostającego się z obszarów rolnych do rzek jest transportowana w postaci cząstek koloidalnych i zawiesin (O'Neill 1997). W przeciwieństwie do azotu, zawartość fosforu w wodach powierzchniowych nie wynika z nadmiernego stosowania nawozów fosforowych. Większość fosforu wprowadzanego w postaci nawozów na obszarach rolnych jest szybko unieruchamiana w wyniku reakcji zachodzących w glebie, co powoduje, że fosfor ten migruje w głąb gleby zaledwie na kilka centymetrów. Główną przyczyną wzrostu zawartości rozpuszczalnego fosforu w wodach powierzchniowych są odprowadzane z obszarów rolnych nie oczyszczone ścieki, zawierające rozpuszczalne polifosforany będące niezbędnym składnikiem środków piorących, uaktywniającym działanie zawartych w nich detergentów. Spełniają także rolę bufora, ponieważ reagując z kwaśnymi składnikami pozwalają utrzymać stałe alkaliczne pH roztworu, w którym skuteczność detergentów jest najwyższa. Problem ograniczenia emisji fosforu z obszarów rolnych jest szczególnie trudny, ponieważ zaledwie 20 -30% rozpuszczalnych związków fosforu ulega usunięciu w drugim stopniu oczyszczania §cieków (oczyszczalnia biologiczna). Dopiero zastosowanie trzeciego stopnia oczyszczania ścieków pozwala obniżyć zawartość fosforu o około 90%. Usunięcie zagrożeń dla czystości wód ze strony tego składnika jest więc sprawą szczególnie trudną i kosztowną, a podejmowane liczne próby zastąpienia polifosforanów innymi środkami zwiększającymi efekt piorący jak dotychczas zakończyły się niepowodzeniem.

4. Zagrożenia zwišzane ze stosowaniem pestycydów w rolnictwie

Chemiczne środki ochrony roślin są jednym z filarów nowoczesnego rolnictwa, dzięki nim produktywność biosfery zwiększyła się o około 20%. Pestycydy pozwalają zapobiec każdego roku znacznym stratom rolno-hodowlanym i leśnym. Ich szkodliwość dla środowiska, zwłaszcza przy nadmiernym stosowaniu, jest oczywista. Powodują one ograniczenie liczebności, a nawet nisz czenie organizmów pożytecznych, czyli drapieżców, parazytoidów czy owadów zapylających. Przyczynia się to do obniżenia sił samoregulujących w agrocenozach i innych przylegających do obszarów rolnych biocenozach. Ubocznym skutkiem tego zjawiska jest możliwość tworzenia się odpornych na dany lub pokrewny związek chemiczny populacji agrofagów (szkodników, chorób i chwastów). Koszt zwalczania takiej odpornej populacji może być znacznie wyższy niż populacji pierwotnej. W Krajach Unii europejskiej, gdzie, poziom stosowania pestycydów jest wielokrotnie wyższy niż w Polsce, wiele uwagi poświęca się opracowaniu parametrów pozwalających w sposób obiektywny określić społeczne i przyrodnicze koszty walki chemicznej z agrofagami, co wiąże się z trudnościami wyceny skutków środowiskowych powodowanych , przez pestycydy. Trudno jest bowiem wycenić populację organizmów pożytecznych, jako że nie są to dobra rynkowe, nie respektują one granic pól, gospodarstw ani granic państw. Mimo to polityka wielu rządów europejskich wymusza ograniczenia w ich stosowaniu, które idą w dwóch kierunkach (Dąbrowski 1999):

-pierwszy kierunek polega na tworzeniu odpowiedniego ustawodawstwa, w wyniku którego pestycydy poddawane są rygorystycznemu procesowi rejestracji w oparciu o liczne badania laboratoryjne i polowe, określające akceptowany społecznie poziom ryzyka przy ich stosowaniu w ściśle określony sposób. Obecnie wyeliminowano wiele środków o działaniu szkodliwym dla środowiska. Przykładowo, od 1975 roku zabronione jest stosowanie insektycydów polichlorowych (np. DDT) ze względu na zdolność kumulacji w tkankach i ogniwach łańcucha troficznego oraz ograniczono znacznie produkcję pestycydów fosforoorganicznych o wysokiej toksyczności. Natomiast rozwija się produkcję pestycydów selektywnych o możliwie wąskim spektrum działania, ograniczonym do populacji jednego lub kilku agrofagów;

-drugi kierunek polega na opracowaniu zasad dobrych praktyk rolniczych i zobowiązaniu rolnika do ich przestrzegania. Ten kierunek działań napotyka na znaczne trudności. Jak wykazano w badaniach, w Niemczech tylko 10% rolników przestrzegało podstawowych zasad stosowania pestycydów, polegających na przestrzeganiu progów ekonomicznej szkodliwości (Lutke-Entrup, Hensche 1995). Wynika to z faktu, że jak dotychczas lekceważenie zasad dobrej praktyki przy stosowaniu pestycydów nie jest w żadnym kraju karalne. Narzucenie pełnej kontroli przestrzegania tych zasad uważane jest za zbyt kosztowne. Nauka rolnicza opracowała nowoczesne integrowane programy ochrony roślin oparte na walce biologicznej, zabiegach uprawowych i znajomości ekologicznych powiązań w agrocenozach; podstawowa trudność polega na ich upowszechnieniu na skalę masową. W wielu krajach stosuje się odpowiednie zachęty ekonomiczne (dopłaty do produkcji proekologicznej, zwolnienia podatkowe, podatki na niebezpieczne pestycydy, dopłaty za ograniczenie w stosowaniu pestycydów) zmierzające do wprowadzenia integrowanej ochrony roślin. Kwestia ta powinna znaleźć odzwierciedlenie w projektach dotyczących unowocześniania polskiego rolnictwa, które są przedkładane przez stronę polską Unii Europejskiej (np. SAPARD) i Bankowi światowemu. Jest istotne, aby przy modernizacji polskiego rolnictwa, które cechuje się stosunkowo niskim zużyciem pestycydów, nie powielać wzorców zachodnich, a wykorzystać możliwość wprowadzenia proekologicznych technologii, co pozwoli uniknąć ujemnych skutków zwiększonego stosowania pestycydów.

5. Rolnicze źródła zanieczyszczeń gleb metalami ciężkimi

Nawozy i produkty używane do użyźniania gleb na obszarach rolniczych są często obok zanieczyszczeń przemysłowych znaczącym źródłem ich zanieczyszczenia metalami ciężkimi. Zawartość w nich metali ciężkich może wahać się w szerokich granicach. W tabeli 7 podano tylko wartości średnie z wielu

badań przeprowadzonych w tym zakresie.

Tabela 7. Średnie zawartości metali ciężkich w nawozach i produktach do

użyźniania gleb

Nawóz lub produkt do użyźniania gleb	Zawartość w mg/kg s.m.
		Pb	Zn	Cu	Ni	Cd
Saletra amonowa Superfosfat pojedynczy Sól potasowa 60% Gnojowica/obornik od trzody chlewnej Gnojowica/obornik od bydła Nawozy wapniowe Nawozy wapniowo-magnezowe Osady ściekowe Komposty ze śmieci miejskich	5,4 20,6 9,7 10,0 17,0 8,0 82,6 700 1200	11,7 244,0 6,1 92,0 58,0 23,8 342,0 3000 2200	3,6 22,6 1,7 570,0 57,0 2,6 6,5 250 320	10,4 54,1 16,2 20,0 10,0 2,6 6,5 100 60	1,1 16,6 2,6 0,5 0,4 0,2 2,8 20 8

Analiza danych liczbowych wskazuje, że największe ilości metali ciężkich można wprowadzić do środowiska stosując osady ściekowe i komposty ze śmieci, a następnie nawozy wapniowe, wapniowo-magnezowe i nawozy organiczne. Nawozy mineralne, z wyjątkiem nawozów fosforowych, zawierają niewielkie ilości metali ciężkich. W nawozach fosforowych wprowadza się do gleby znaczące ilości kadmu, który pochodzi z fosforytów stanowiących surowiec do ich produkcji. Zawartość kadmu w nawozach fosforowych zależy od pochodzenia geologicznego surowca skalnego użytego do ich produkcji. Fosforyty pochodzenia osadowego (miękkie), których złoża są eksploatowane na dużą skalę w Afryce Północnej (Maroko, Jordania, Togo, Tunezja) i USA na Florydzie, są bogate w kadm i zawierają od kilkunastu do 60 mg Cd w kg. Fosforyty pochodzenia magmowego (twarde), eksploatowane głównie w Rosji (Półwysep Kolski) i Republice Południowej Afryki, zawierają śladowe (1-2 mg Cd/kg) ilości kadmu. Wybór surowców do produkcji nawozów fosforowych, co najczęściej związane jest z ich ceną, ma więc decydujące znaczenie dla zawartości tego pierwiastka w oferowanych rolnictwu nawozach. Ochrona gleb przed wprowadzaniem do nich nadmiernych ilości metali ciężkich polega na normowaniu ich zawartości w nawozach i produktach stosowanych do użyźniania gleb. Produkty o nadmiernej zawartości nie są dopuszczane do obrotu w

rolnictwie. Obok dopuszczalnych stężeń metali ciężkich bierze się także pod uwagę całkowitą ich ilość wprowadzoną do gleby w stosowanym nawozie. Za dopuszczalną przyjmuje się taką dawkę nawozu lub produktu do użyźniania gleb, która teoretycznie przy corocznym stosowaniu do gleby doprowadzi do granicznego stężenia danego metalu ciężkiego po upływie 100 lat (Fotyma, Mercik 1995). Za wartości graniczne uważa się stężenia odpowiadające podwyższonej zawartości (pierwszy stopień zanieczyszczenia gleby) danego metalu w glebie wg 5-stopniowej skali zanieczyszczenia gleb (Kabata-Pendiasi in.). Tak wyliczone dopuszczalne roczne dawki metali ciężkich w produktach

nawozowych na jeden ha użytków rolnych wynoszą: 1 kg Pb i Cu, 3 kg Zn, 0,3 kg Ni i 0,05 kg Cd. Należy podkreślić, że nie można całkowicie uniknąć wprowadzenia do środowiska metali ciężkich w rolnictwie, można jedynie ograniczyć ich ilość do niezbędnego minimum uznanego na obecnym poziomie wiedzy za bezpieczny.

Tabela 8. Dopuszczalna zawartość metali ciężkich w nawozach i produktach do

użyźniania gleb (Fotyma, Mercik 1995)

Produkt	Dopuszczalna zawartość metali w mg/kg s.m.
		Pb	Zn	Cu	Ni	Cd
Nawozy organiczne i odpady miejskie Nawozy wapniowe Nawozy wapniowo-magnezowe Nawozy fosforowe Nawozy azotowe	1000 200 500 150 20	2000 4000 4000 - -	1000 2200 2200 - -	150 330 330 - -	20 8 15 90 2

W nawozach azotowych i fosforowych normalizuje się także zawartość arsenu (As) i rtęci (Hg).

Szkodliwość metali ciężkich polega na możliwości ich kumulowania w tkankach roślin w znacznych ilościach bez wyraźnych objawów ich uszkodzeń. Takie pozornie zdrowe rośliny mogą stwarzać istotne zagrożenia dla ludzi i zwierząt. Miarą zagrożenia poszczególnych metali dla środowiska jest ich ruchliwość, a co za tym idzie dostępność dla roślin, co wyraża się liczbowo za pomocą współczynnika bioakumulacji. Wyraża się on liczbą wskazującą, ile razy przyrost zawartości danego metalu ciężkiego w roślinie jest większy od przyrostu jego zawartości w glebie.

---