Ґрунти та війна: дослідження впливу на розвиток рослин, воду та врожай

Дослідження ґрунтів після вибухів та воєнних дій — дуже важливі, а їхній стан потребує постійного вивчення. Внаслідок бойових дій ґрунт піддається фізичному та хімічному впливу. Це негативно позначається на агрохімічних, фізичних та мікробіологічних показниках ґрунту, що неминуче впливає на родючість, урожайність і, що важливо, показники безпеки отриманого врожаю. 

Прагнучи дослідити це питання, фахівці Ukravit Institute  спільно з науковцями кафедри загальної екології, радіобіології та безпеки життєдіяльності НУБіП за останній рік провели низку досліджень зразків ґрунту, води, рослин та продукції, вирощеної на полях, де були бойові дії, а також у місцях формування вирв від вибухів боєприпасів. 

Вплив воєнних дій на стан ґрунту

Під час вибухів змінюється структура ґрунту та його агрофізичні показники, що прямо впливає на рух важких металів, зауважує, підкреслює керівник сервісно-технологічного відділу Ukravit Сергій Сальніков. Також ґрунт швидше піддається вітровій та водній ерозії, а це знижує його придатність до використання в сільському господарстві. 

Рослини, що ростуть на таких територіях, візуально відрізняються пригніченням та мають ознаки водного дефіциту, спричинені переущільненням.

Крім того, на основі наукових даних доведено, що, залежно від виду боєприпасів та калібру, в ґрунт потрапляють різноманітні хімічні елементи в різній кількості. Вони вивільняються при вибухах, горінні техніки та паливно-мастильних матеріалів тощо. В першу чергу, це мідь, залізо, свинець, нікель, кадмій та ін. У невеликій кількості вони є елементами живлення. Але за систематичного надходження та накопичення їх кількість стає критичною для рослин, і вони перетворюються на так звані важкі метали.

Ґрунти науковці досліджували в різних областях України, зокрема в Київській, Чернігівській, Сумській, Херсонській та Запорізькій. Об’єктами вивчення були місця спаленої техніки, вирви від боєприпасів різних калібрів та поля, де після рекультиваційних заходів вирощуються с/г культури. Передусім досліджувався вплив бойових дій на агрохімічні показники ґрунту та вміст важких металів. 

1. Під час аналізу отриманих даних на місці спаленої техніки виявлено зменшення вмісту рухомих сполук фосфору до 40% та підвищення вмісту марганцю на 200-500% порівняно із фоновими показниками. 
2. При аналізі даних із полів, на яких велися бойові дії, було  виявлено збільшення вмісту в ґрунті заліза в 5 разів, марганцю — у 2 рази, міді — в 7 разів, нікелю — в 3 рази та хрому — у 8 разів. Але вміст цих елементів не перевищує гранично допустимі концентрації. 
3. Перевищення ГДК відзначено тільки за вмістом у ґрунті кадмію — він подекуди сягає понад 0,85 мг/кг у рухомій формі. Для порівняння, ГДК вмісту кадмію в рухомій формі у ґрунті становить 0,7 мг/кг. Науково доведено, що підвищені норми кадмію негативно впливають на мікробіологічну активність та ферментативні процеси. У разі надходження в рослини кадмій порушує процеси фотосинтезу і транспірації, спричиняє зміну активності ферментів та погіршує поглинання кореневою системою міді, цинку, марганцю, кальцію, магнію, фосфору, калію і заліза, викликає пригнічення росту та хлороз листків.
4. Також зафіксовано зміни по показниках рН ґрунту. На місцях згорілої техніки та у вирвах після вибухів рН ґрунту порівняно з фоном був підвищений в бік підлужнення. Різниця коливалася від 0,2 до 1 од., залежно від областей досліджень. Це пов’язано з процесами вигорання мікробіоти та органічної речовини із ґрунту та збільшенням концентрації лужних металів. Надалі прогнозується вимивання цих елементів та повернення до початкових показників.
5. Вміст гумусу також зменшився порівняно з контрольними ділянками — коливання становлять від 0,3 до 1%. Це пов’язано з процесами згорання органічних речовин та мікробіоти.

​​Читати по темі: Накопичення та утворення гумусу: чи це можливо та як його досягти

​

Хоча перевищення ГДК виявили не по всіх елементах, ці зміни все одно можуть негативно вплинути на стан екосистеми. Зокрема, має наслідки зміна рН ґрунту, адже рівень кислотності є вирішальним фактором, який регулює процеси вивітрювання сполук важких металів, а також їх іммобілізацію. В лужних умовах посилюється утворення металоорганічних комплексів, що сприяє збільшенню рухливості свинцю (Pb), міді (Cu) та нікелю (Ni), оскільки вони мають високу спорідненість з органічною речовиною. 

Інтенсивність зв’язування важких металів залежить не тільки від хімічних характеристик металів, органічної речовини, мінералогічного складу ґрунту, а й від складу ґрунтотвірної породи, що відрізняється за вмістом глини та органічної речовини, вологістю, мікробіологічною активністю та іншими ландшафтно-геохімічними факторами.

Далі на досліджуваних полях був проведений перший етап рекультиваційних заходів, а саме — механічне загортання вирв та механізоване вирівнювання площі й висіяно пшеницю озиму та лугові трави на корм худобі. Навіть візуально можна було помітити відмінність стану рослин порівняно із загальним фоном. 

Незважаючи на значну мінливість властивостей рослин щодо накопичення металів, біоакумуляція елементів має певну тенденцію, що дає можливість впорядкувати їх у кілька груп:

1) Cd, Cs, Rb — елементи інтенсивного поглинання; 

2) Zn, Mo, Cu, Ni, Pb, As — елементи середнього поглинання; 

3) Mn, Cr, Co — елементи слабкого поглинання; 

4) Se, Fe, Ba, Te — елементи, що є важкодоступними для рослин.

Потім у фазі колосіння було проведено дослідження рослин на вміст елементів живлення. Аналізуючи отримані дані, науковці виявили значне збільшення вмісту заліза — в 1,5 раза, марганцю — в 3,5 раза та цинку — в 1,5 раза. Отримані результати не перевищували  ГДК. 

Однак надлишок металів, навіть у межах ГДК, все одно негативно впливає на рослини, зокрема:

• Надлишок заліза призводить до передчасного опадання листя (без зміни кольору), зменшення кількості квіток, пригнічує ріст пагонів, спричиняє в’янення рослини.
• Марганець у надмірних кількостях призводить до скручування листків, розвитку хлорозів та блокування заліза.
• Надлишок міді спричиняє побуріння та відмирання листків, пригнічення кореневої системи. Рослини візуально стають пригнічені, більш вразливі до хвороб, можливий розвиток дефіциту заліза.
• Надмірна кількість нікелю спричиняє хлоротичні плями на рослинах, відставання в рості та загибель.

Тобто елементи, які в потрібних кількостях сприяють розвитку рослин, у разі перевищення потреби стають для них отруйними й навіть смертельними.

Читати по темі: Забруднення ґрунтів важкими металами в місцях падіння авіабомб та згорілої техніки: дослідження в Сумській області

Як правило, з кислих ґрунтів забруднювачі надходять у рослини в значно більших кількостях, ніж зі слаболужних, нейтральних або слабокислих. Так, на дерново-підзолистому ґрунті (рН = 5,3) за однакової концентрації свинцю насиченість листкової тканини пшениці у 2 рази вища, ніж на високобуферному малогумусному чорноземі (рН = 6,9).

Вивчення переміщення елементів-забруднювачів у рослини показало, що на перших етапах надходження елементів із ґрунтів їх основна частина затримується в коренях. Згодом елементи забруднювачів починають проникати в надземну частину рослин.

Звісно, ці процеси не можуть не вплинути й на кінцевий продукт господарської діяльності — урожай. Між тим сьогодні, коли Україна прагне до ЄС, вміст важких металів у продукції суворо регламентується. Наприклад, у зернових європейські норми допускають вміст свинцю не більш ніж 0,2 мг/кг, кадмію — не більш ніж 0,1 мг/кг тощо. А, згідно з узагальненими науковими даними, максимально допустимі норми вмісту міді в зерні пшениці — 30 мг/кг, цинку — 50 мг/кг та заліза — 100 мг/кг.

У період збирання пшениці озимої на досліджуваних землях фахівці Ukravit Institute провели дослідження врожаю на вміст важких металів. У результаті виявили збільшення вмісту заліза і марганцю — в 1,4 раза та цинку — в 1,3 раза. Отримані результати не перевищують ГДК. А це значить, що вирощене зерно є безпечним для використання на продовольчі цілі та корм худобі як в Україні, так і для експорту за кордон.

Крім того, під час аналізу наукових досліджень було встановлено, що в листових овочах та кормових культурах, вирощених на ґрунтах, де були воєнні дії, вміст важких металів був вищий, ніж у бобових, злакових та технічних, що пов’язано з біологічними особливостями культур.

Узагальнюючи отримані результати, впевнено можна сказати, що бойові дії негативно впливають на стан ґрунтів. Але ступінь накопичення важких металів-забруднювачів залежить зрештою від багатьох факторів та потребує детального та індивідуального дослідження в кожному окремому випадку.

У рослинах важкі метали накопичуються по-різному — залежно від культур та генетичних особливостей, тому потрібно ширше вивчити можливі культури для вирощування, залежно від ступеня забруднення території.

Наприклад, якщо говорити про кадмій, перевищення ГДК якого в ґрунті ми виявили, його за властивістю до накопичення культури можна класифікувати так:

• Рослини, що накопичують низькі концентрації кадмію, — бобові.
• Рослини, що містять помірну кількість цього елемента, — злакові, лілійні, зонтичні та гарбузові.
• Рослини, що здатні накопичувати велику кількість кадмію, — хрестоцвіті, лободові, пасльонові й айстрові.

В будь-якому разі дослідження готової продукції, вирощеної на таких ґрунтах, є обов’язковим: насамперед — на вміст важких металів як на тих, що регламентуються, так і на тих, що містяться в підвищеній кількості в досліджуваних ґрунтах.

Говорити в цьому контексті винятково про забруднення ґрунтів було б дещо однобоко, оскільки в екосистемі все тісно взаємопов’язано. Наприклад, під час повномасштабної війни маємо й суттєве погіршення показників води. Зокрема, у досліджених науковцями інституту зразках зафіксовано підвищення вмісту заліза, марганцю та органічних речовин. Також руйнування дамб, мостів, систем очищення сприяло підвищенню показника жорсткості води, подекуди до 2600 ррm, залежно від регіону. Особливо негативна ситуація в південних та східних регіонах України.

Між тим вода із природних джерел використовується для поливу та приготування бакових сумішей препаратів. Також не варто недооцінювати вплив підземних вод і кругообіг води у природі.  

Отримані в Ukravit Institute результати є лише невеликою частиною наукової роботи, що має бути проведена на територіях, постраждалих від бойових дій. Адже кожне окреме поле — це індивідуальні ґрунтово-кліматичні умови та різний ступінь забруднення внаслідок бойових дій, тож умови його використання також індивідуальні.

Питання забруднення земель та води внаслідок війни зараз стоїть дуже гостро. Адже від того, що із ґрунтів та води потрапить до продукції, залежить не лише здоров’я та безпека українців, а й світової спільноти, бо Україна годує світ. 

Вирішення питання вже частково розпочалося. По-перше, як вже було зазначено, Ukravit Institute проводить дослідження в різних областях України та надає рекомендації щодо того, які культури можна вирощувати на постраждалих землях і чи взагалі це можна робити. По-друге, фахівці компанії надають рекомендації з поліпшення стану таких земель, хоч це й не швидкий процес. Наприклад, щодо підбору на основі агрохімічних показників культур, урожай яких надалі буде безпечним для використання, то це переважно технічні культури, що використовуватимуться тільки після технологічного процесу обробки.  

Турбує це питання й міжнародну спільноту. Так, до кінця року за підтримки Програми USAID АГРО Ukravit надає аграріям постраждалих від війни регіонів та тим, хто був змушений перемістити господарювання в інші регіони, можливість дослідити ґрунти, воду, рослинний матеріал і готову продукцію зі знижкою в 20%. Пропозиція діє до кінця року, однак цю ініціативу планують продовжити.

Нарешті, у Верховній Раді зареєстрували законопроєкт № 12058 «Про внесення змін до деяких законодавчих актів щодо відновлення деградованих земель, стимулювання вирощування енергетичних рослин та виробництва альтернативного біопалива». А відновлення земель також гармоніює з цією тематикою.

Сергій Сальніков вважає, що для повноцінного вирішення проблеми державі та всім дотичним до цього процесу потрібно об’єднуватися і разом шукати ресурси та шляхи.