Оксана Дацько
Сельскохозяйственная экономика Украины, одного из крупнейших в мире поставщиков зерна и технических культур, сильно пострадала в результате агрессивной войны России. Хотя аграрный сектор страны хорошо развит, продолжающееся вторжение привело к нехватке продовольствия, логистическим трудностям, к загрязнению территорий. Новые исследования показывают, что в северных областях – Черниговской, Сумской и Харьковской – почвы содержат опасно высокий уровень тяжелых металлов, что создает потенциальную угрозу для сельского хозяйства и продовольственной безопасности.
24 февраля 2022 года жизнь украинцев коренным образом изменилась из-за начала полномасштабной военной агрессии со стороны России. Эта дата стала символом глубоких перемен во всех областях жизни страны — начиная от безопасности и экономики, заканчивая взаимоотношениями и повседневным бытом граждан. Одной из отраслей, претерпевших существенные изменения, что было особенно заметно в Сумской области, оказалась продовольственная. Хотя аграрный сектор Украины является хорошо развитым, недостаток продовольствия все же ощущался. Как один из крупнейших мировых поставщиков зерновых и технических культур, Украина столкнулась с новыми вызовами, связанными с войной, логистическими трудностями и изменением климатических условий.
Почва как основа сельского хозяйства и продовольственной безопасности. Первые шаги в исследовании загрязнения
Интерес мирового, и особенно украинского общества к сельскому хозяйству Украины, и, в частности, к состоянию почв, на которых выращиваются сельскохозяйственные культуры, увеличился с началом полномасштабного российского вторжения. Военные действия, использование тяжелой техники и попадание разного рода снарядов в почвы сельскохозяйственного использования могут оказывать значительное влияние на их плодородие и, соответственно, на урожайность и качество выращенной продукции. Сохранение и восстановление почв стали приоритетной задачей для фермеров, ученых и правительства, ведь от этого зависит продовольственная безопасность не только Украины, но и многих стран мира. По этой причине ученые Сумского национального аграрного университета (СНАУ) начали активно исследовать возможность оценки потенциального загрязнения почв тяжелыми металлами.
Первым шагом к этому стала разработка протокола отбора почв в воронках, образовавшихся в результате военных действий. В частности, для этого канд.техн.наук, доцент кафедры экологии и ботаники, а также руководитель сектора международных проектов Сумского национального аграрного уникерситета (СНАУ) Елена Мельник в сотрудничестве с учеными Королевского аграрного университета (Сайренсестер, Великобритания) провели полевые исследования на военном полигоне Солсбери и разработали алгоритм действий для проведения научных исследований.
В своем комментарии Елена Мельник отметила:
“Одним из ключевых вызовов, стоящих перед нашей командой, которая ставила перед собой цель разработать протокол отбора образцов почвы, была его адаптация к условиям Украины. Если в Великобритании на военных полигонах мы имели возможность обеспечить стабильность и контролируемость условий эксперимента, то в Украине из-за активных боевых действий и меняющихся обстоятельств это сделать значительно сложнее. В частности, первым стал вопрос безопасности экспертов, отбиравших образцы”.
“В полях Украины мы должны были убедиться в том, что участок разминирован и безопасен для работы, ведь важно получить образцы, отобранные не только в кратере, но и на определенном расстоянии от него – так сказать, в контрольной точке. Это необходимо для сравнения полученных результатов”.
Сбор данных о загрязнении почв в Украине
Следующим шагом исследования стали полевые экспедиции для отбора образцов почвы в трех областях Украины: Харьковской, Черниговской и Сумской. Результаты исследования содержали преимущественно сведения о тяжелых металлах в воронках, образованных вследствие попадания авиабомб или снарядов реактивных систем залпового огня (РСЗО).
Своими мыслями по этому поводу поделился доктор биологических наук, профессор кафедры экологии и ботаники, ректор СНАУ Игорь Коваленко:
“Отбор образцов мы начали весной 2023 года. Мне пришлось работать на севере Сумской области, в Шосткинском районе. Первым опытом был отбор образцов в воронке, образованный вследствие попадания авиабомбы. Размеры были колоссальными, а объем работы большим”.
“При этом темп должен был быть быстрым потому, что обстрелы этого участка не прекращаются до сих пор. Этот опыт заставил меня глубже задуматься о смысле нашей работы. Отбор образцов и документирование ущерба – это не просто фиксация разрушений, а вклад в продовольственную безопасность страны”.
Отобранные образцы почвы прошли тщательную подготовку и подверглись анализу, который на первый взгляд показался самым простым этапом в исследовании. Однако вскоре ученые столкнулись с неожиданным вызовом — интерпретацией полученных результатов. С помощью рентгенофлуоресцентного анализа были установлены валовые формы тяжелых металлов в почве, то есть определено общее количество каждого из них. Но потом возник вопрос: насколько эти концентрации безопасны для окружающей среды и людей?
Анализ показал, что почвы загрязнены тяжелыми металлами, однако ситуация не является критической. И это дает надежду на скорое восстановление
Анализировать данные о содержании тяжелых металлов непросто. Согласно законодательству Украины, существуют четкие нормативы предельно допустимых концентраций только для отдельных металлов, таких как мышьяк, барий, сурьма и некоторые другие. Для остальных металлов отсутствуют конкретные нормативы, что значительно усложняет оценку их опасности и потенциального воздействия на экосистему.
Чтобы понять уровень загрязнения, было принято решение сравнивать данные с контрольными точками, которые находились минимум в 50 метрах от воронок (в зависимости от их размера).
Если говорить о последствиях попадания авиабомб в сельскохозяйственные угодья, исследования показывают, что определенные экологические проблемы существуют. В некоторых регионах было обнаружено повышенное содержание тяжелых металлов – бария, циркония, рубидия, марганца и цинка. Однако ситуация не так критична, как могло бы показаться на первый взгляд.
Такое предположение было сделано в соответствии с однофакторным дисперсионным анализом при сравнении данных, полученных из воронки и контрольных образцов. В частности, из семи исследованных воронок существенные превышения были зафиксированы в трех из них. Следует отметить, что это были черноземные почвы в Сумской области с нейтральной реакцией почвенной среды (pH 6.7). В среднем показатели содержания бария на контрольных точках были в пределах 300 мг/кг почвы, однако показатели в кратере были превышены на 100-150 мг/кг почвы.
Похожая ситуация была отмечена также по некоторым другим элементам. Так, например, превышение содержания циркония на склоне воронки от авиабомбы было на уровне 30 мг/кг почвы. Некоторые из превышений содержания тяжелых металлов зафиксированы не только в воронках от взрывов, но и на контрольных участках, где попадания не происходили.
Это говорит о том, что военные действия не являются единственным фактором влияния на качество почв – часть изменений могли повлечь за собой нарушение агротехники, например, чрезмерное использование удобрений или пестицидов.
Сходные результаты были получены и при анализе полученных данных из воронок, образовавшихся вследствие попадания снарядов РСЗО. Результаты показывают, что в почвах было зафиксировано повышенное содержание таких тяжелых металлов, как барий, цирконий, марганец и цинк. Однако во многих случаях концентрации этих элементов остаются в пределах допустимого. Превышение содержания исследуемых элементов также было отмечено на контрольных участках, как и в случае с воронками от авиабомб.
Методы восстановления поврежденных почв. Фиторемедиация
Если погрузиться в агрохимию, то следует отметить, что барий, цирконий и рубидий, хотя и поглощаются растениями, но не участвуют в их физиологических процессах, накапливаются преимущественно в зеленой массе и не попадают в зерно. Цинк и марганец – элементы, необходимые для роста растений, способствующие фотосинтезу и формированию белков. Однако их чрезмерное накопление в почве может сказаться на растениеводстве и общем состоянии окружающей среды. Для восстановления загрязненных этими веществами почв целесообразно использовать методы ремедиации.
Одним из таких методов является фиторемедиация – использование растений для очистки почв. В исследованиях ученых СНАУ было доказано, что, например, горчица способна поглощать барий и цинк в больших количествах, даже в фазе цветения. Ее можно выращивать по несколько раз за сезон на одном участке, делая таким образом ремедиацию более эффективной.
Так, для исследования почвы пробы были отобраны послойно с интервалом в 10 см до глубины в 1 м. За период от всхода растений до цветения отмечено заметное снижение уровня бария в почве – на 90-200 мг/кг, в зависимости от глубины отбора проб. Такое уменьшение значительно. В тоже время научная литература не имеет четких данных о переносе бария в собранный урожай именно из-за его не активной роли в жизненных функциях растений.
Горчица может быть полезна для восстановления сельскохозяйственных земель, подвергшихся загрязнению тяжелыми металлами. Для очистки и снижения уровня загрязнения может потребоваться несколько вегетаций этой культуры, в зависимости от концентрации тяжелого металла и физико-химических показателей почвы. Кроме собственно очищения, это растение обогащает почву органическими веществами, улучшая ее плодородие и структуру, что помогает восстановить продуктивный потенциал земли.
Результаты исследований показывают, что горох тоже обладает потенциалом для восстановления грунтов, загрязненных тяжелыми металлами, в частности, железом и хромом. Поэтому фиторемедиация, в общем-то, является достаточно действенным средством извлечения тяжелых металлов из почвы.
Что делать с зеленой массой растений, накопившей тяжелые металлы?
Чаще зеленую массу, накопившую тяжелые металлы, предлагают сжигать. В таком случае тяжелые металлы остаются в золе, а их попадание в воздух можно предотвратить при использовании фильтров. Этот метод особенно привлекателен еще и потому, что обычно большое количество тяжелых металлов накапливают из почвы именно энергетические культуры, например мискантус, ива или клещевина.
Среди ученых часто ведутся дискуссии по поводу сжигания зеленой массы, однако вопрос о дальнейшей безопасной утилизации пепла до сих пор остается без ответа. Некоторые исследователи предлагают использовать полученный пепел в производстве цемента. Однако и здесь возникают вопросы относительно того, какие объекты можно строить из такого цемента, чтобы не допустить повторного загрязнения окружающей среды.
При надлежащем подходе поврежденные военными действиями почвы в Украине можно восстановить
В целом результаты исследований дают повод для осторожного оптимизма. Выявленные концентрации тяжелых металлов в почве преимущественно не превышают предельные показатели. И это дает значительные возможности восстановления украинских земель после войны. Сбалансированные агротехнические подходы и усиленный контроль использования агрохимии помогут вернуть естественное равновесие. Современные технологии позволяют детально исследовать состав почв и оперативно реагировать на потенциальные угрозы, сохраняя при этом их плодородие.
Грунт является одной из основных экосистем. И с точки зрения защиты окружающей среды, когда мы говорим о загрязнении тяжелыми металлами отдельных участков, это не просто локальная проблема, но также и возможная угроза для других экосистем – грунтовых вод, лесополос, а в конце концов и для пищевых (трофических) цепей. Все эти составляющие природы взаимосвязаны и последствия загрязнения не проходят мимо ни одной из них.
Предварительные выводы на основе полученных результатов дает кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры агротехнологий и почвоведения СНАУ Элина Захарченко:
“Согласно полученным в рамках проекта результатам нельзя утверждать о том, что сельскохозяйственные земли, подвергшиеся обстрелам, должны быть изъяты из сельскохозяйственного производства”.
“Особое внимание следует уделить территориям с высокой концентрацией тяжелых металлов, где может возникнуть угроза биоаккумуляции в пищевых цепях. Хотя пока таких обнаружено не было. Определение территорий, которые могут быть непригодны для дальнейшей обработки, должно основываться на многоуровневом анализе рисков, включающем экологические, экономические и социальные аспекты. Масштабная консервация таких земель может быть рассмотрена при подтверждении критических уровней загрязнения, особенно для подвижных форм тяжелых металлов ”.
Резюме исследования
В исследованиях ученых СНАУ было проанализировано около 300 образцов почвы из 30 воронок от авиабомб и снарядов РСЗО. В результате было зафиксировано превышение концентраций тяжелых металлов. Особого внимания требуют результаты, полученные с участков, где была уничтожена военная техника – там иногда концентрации тяжелых металлов превышены в десятки или сотни раз.
Однако хотя война уже оставила и продолжает оставлять свой след на почвах Украины, они имеют большой потенциал для восстановления и дальнейшего эффективного использования. При внедрении обоснованных аграрных практик и надлежащего экологического контроля, земли Украины будут продолжать обеспечивать продовольственную безопасность страны и всего мира, несмотря на все испытания.
На сегодняшний день проведение подобных исследований почв на прифронтовых территориях достаточно ограничено, вследствие рисков для безопасности. Поэтому более подробные выводы по этой теме могут быть сделаны после завершения военных действий.
Оксана Николаевна Дацько – PhD, старший преподаватель кафедры агротехнологий и почвоведения Сумского национального аграрного университета
Источник главного изображения: IFPRI
