Оксана Дацько
Сільськогосподарська економіка України, одного з найбільших у світі постачальників зерна та технічних культур, сильно постраждала внаслідок агресивної війни Росії. Хоча аграрний сектор країни добре розвинений, вторгнення призвело до нестачі продовольства, логістичних труднощів, до забруднення територій. Нові дослідження показують, що в північних областях – Чернігівській, Сумській та Харківській – ґрунти містять небезпечно високий рівень важких металів, що створює потенційну загрозу для сільського господарства та продовольчої безпеки.
24 лютого 2022 року життя українців докорінно змінилося через початок повномасштабної військової агресії з боку росії. Ця дата стала символом глибоких змін в усіх сферах життя країни — починаючи від безпекової й економічної складової, закінчуючи взаємовідносинами та повсякденним побутом громадян. Однією з галузей, яка зазнала особливих змін та була добре відчутна у Сумській області – це продовольча. Хоча аграрний сектор в країні дійсно потужний, проте нестача харчів все ж відчувалась. Як одна з найбільших світових постачальників зернових і технічних культур, Україна зіткнулася з новими викликами, пов’язаними з війною, логістичними труднощами та зміною кліматичних умов.
Ґрунт як основа сільського господарства та продуктової безпеки. Перші кроки в дослідженні забруднення
Інтерес світового, а особливо українського суспільства до сільського господарства України, та, зокрема – стану ґрунтів, на яких вирощуються сільськогосподарські культури, збільшівся з початком повномасштабного російського вторгнення. Військові дії, використання важкої техніки та влучання різного роду снарядів у ґрунти сільськогосподарського використання можуть значно впливати на їхню родючість, і, відповідно, на врожайність та якість вирощеної продукції. Збереження та відновлення ґрунтів стали пріоритетним завданням для фермерів, науковців та уряду, адже від цього залежить продовольча безпека не лише України, але й багатьох країн світу. З цієї причини науковці Сумського національного аграрного університету (СНАУ) почали активно досліджувати можливість оцінки потенційного забруднення ґрунтів важкими металами.
Першим кроком до цього стала розробка протоколу відбору ґрунтів у вирвах, які були утворені внаслідок воєнних дій. Зокрема, для цього канд.техн.наук, доцент кафедри екології та ботаніки, а також керівник сектору міжнародних проєктів СНАУ Олена Мельник у співпраці з науковцями Королівського аграрного університету (Сайренсестер, Великобританія) провели польові дослідження на військовому полігоні Солсбері та розробили алгоритм дій для проведення наукових досліджень.
У своєму коментарі Олена Мельник зазначила:
“Одним із ключових викликів, що постали перед нашою командою, яка мала на меті розробити протокол відбору зразків ґрунту, була його адаптація до умов України. Якщо у Великій Британії на військових полігонах ми мали можливість забезпечити стабільність і контрольованість умов експерименту, то в Україні через активні бойові дії та змінювані обставини це стало значно складнішим. Зокрема, першим постало питання безпеки експертів, що відбирали зразки”.
“В полях України ми мали впевнитись в тому, що ділянка є розмінованою та безпечною для роботи, адже важливо не лише отримати зразки, що були відібрані у кратері, а й на певній відстані від нього, так би мовити у контрольній точці для порівняння отриманих результатів”.
Збір даних про забруднення ґрунтів в Україні
Наступним кроком дослідження стали безпосередньо польові експедиції для відбору зразків ґрунту у трьох областях України: Харківській, Чернігівській та Сумській. Результати дослідження містили переважно відомості про важкі метали у вирвах, утворених внаслідок влучання авіабомб, або снарядів реактивних систем залпового вогню (РСЗВ).
Своїми думками з приводу цього поділився д-р.біол.наук, професор кафедри екології та ботаніки, ректор СНАУ Ігор Коваленко:
“Відбір зразків ми розпочали навесні 2023 року. Мені довелося працювати на півночі Сумської області, в Шосткинському районі. Першим досвідом був відбір зразків у вирві, що була утворена внаслідок влучання авіабомби. Розміри були колосальними, а обсяг роботи великим, і темп мав бути швидким оскільки обстріли тої ділянки не припиняються і досі”.
“Цей досвід змусив мене глибше замислитися над сенсом нашої роботи. Відбір зразків та документування шкоди — це не просто фіксація руйнувань, а внесок у продовольчу безпеку країни”.
Відібрані зразки ґрунту пройшли ретельну підготовку й були піддані аналізу, який на перший погляд видався найпростішим етапом у дослідженні. Проте науковці невдовзі зіткнулись з несподіваним викликом — інтерпретацією отриманих результатів. За допомогою рентгенофлуоресцентного аналізу було встановлено валові форми важких металів у ґрунті, тобто визначено загальну кількість кожного з них. Але потім постало питання: наскільки ці концентрації є безпечними для довкілля та людей?
Аналіз показав, що ґрунти забруднені важкими металами, проте ситуація не є критичною. І це дає надію на швидке відновлення
Аналізувати дані про вміст важких металів непросто. Згідно із законодавством України, існують чіткі нормативи гранично-допустимих концентрацій лише для окремих металів — таких як миш’як, барій, стибій та деякі інші. Для решти ж металів відсутні конкретні нормативи, що значно ускладнює оцінку їхньої небезпеки та потенційного впливу на екосистему. Таким чином, було прийнято рішення порівнювати дані із контрольними точками, що знаходились мінімум за 50 метрів від вирви, залежно від її розміру.
Якщо говорити про наслідки влучання авіабомб у сільськогосподарські угіддя, дослідження показують, що певні екологічні виклики існують. Зокрема, в деяких регіонах було виявлено підвищений вміст важких металів – барію, цирконію, рубідію, марганцю і цинку. Однак ситуація не така критична, як могло б здатися на перший погляд.
Таке припущення було зроблено відповідно до однофакторного дисперсійного аналізу під час порівняння даних, отриманих із вирви та контрольних зразків. Зокрема, із семи вирв, що були досліджені, статистично істотні перевищення були зафіксовані у трьох із них. Варто відмітити, що це були чорноземні ґрунти у Сумській області із нейтральною реакцією ґрунтового середовища (pH 6.7). В середньому показники валового вмісту барію на контрольних точках були в межах 300 мг/кг ґрунту, проте показники у кратері були перевищені на 100-150 мг/кг ґрунту.
Схожа ситуація була відмічена також по деяким іншим елементам. Так, наприклад, перевищення вмісту цирконію на схилі вирви від авіабомби було на рівні 30 мг/кг ґрунту. Деякі з перевищень вмісту важких металів зафіксовані не лише у вирвах від вибухів, а й на контрольних ділянках, де влучання не відбувалися.
Це говорить про те, що військові дії не є єдиним фактором впливу на якість ґрунтів – частину змін могли спричинити порушення агротехніки, наприклад, надмірне використання добрив чи пестицидів.
Схожі результати були отримані й при аналізі отриманих даних з вирв, що утворились внаслідок влучання снарядів РСЗВ. Результати показують, що в ґрунтах був зафіксований підвищений вміст таких важких металів, як барій, цирконій, марганець і цинк. Однак, у багатьох випадках концентрації цих елементів залишаються в допустимих межах. Перевищення вмісту досліджуваних елементів також були відмічені на контрольних ділянках, як і у випадку із вирвами від авіабомб.
Методи відновлення пошкоджених ґрунтів. Фіторемедіація
Якщо зануритись у агрохімію, то варто зазначити, що барій, цирконій та рубідій, хоча й поглинаються рослинами, проте не беруть участі у фізіологічних процесах рослин і накопичуються переважно у зеленій масі рослин та не потрапляють у зерно. Цинк і марганець – елементи, необхідні для росту рослин, які сприяють фотосинтезу та формуванню білків. Проте, їхнє надмірне накопичення в ґрунті може позначитися на рослинництві й загальному стані довкілля регіону. А для відновлення таких ґрунтів доцільно використовувати методи ремедіації.
Одним з таких методів є фіторемедіація – використання рослин для очищення ґрунтів. В дослідженнях вчених СНАУ було доведено, що, наприклад, гірчиця здатна поглинати барій та цинк у значних кількостях, навіть у фазі цвітіння. І це дозволяє виростити її декілька разів за сезон на одній ділянці і таким чином ремедіація буде більш ефективною.
Так, для дослідження ґрунту проби були відібрані пошарово з інтервалом в 10 см до глибини 1 м. За період від сходів рослин до цвітіння відмічено помітне зниження рівня барію в ґрунті — на 90–200 мг/кг, залежно від глибини відбору проб. Таке зменшення є значним. Водночас наукова література не має чітких даних про винос барію врожаями саме через його неактивну роль у життєвих функціях рослин.
Завдяки цьому саме гірчиця може бути корисною для відновлення сільськогосподарських земель, які зазнали забруднення важкими металами. Для очищення та суттєвого зниження рівня забруднення може знадобитися кілька вегетацій цієї культури, залежно від концентрації важкого металу та фізико-хімічних показників ґрунту. Окрім власне очищення, ця рослина збагачує ґрунт органічними речовинами, покращуючи його родючість і структуру, що допомагає відновити продуктивний потенціал земель.
Результати досліджень показують, що горох теж володіє потенціалом для відновлення ґрунтів, забруднених важкими металами, зокрема залізом і хромом. Тому фіторемедіація, загалом є доволі дієвим засобом вилучення важких металів із ґрунту.
Що робити із зеленою масою рослин, яка накопичила важкі метали?
Найчастіше зелену масу, яка накопичила важкі метали, пропонують спалювати. В такому випадку важкі метали залишаються в попелі, а їхньому потраплянню в повітря можна запобігти за умов використання фільтрів. Цей метод є особливо привабливим ще й тому, що зазвичай велику кількість важких металів накопичують з ґрунту саме енергетичні культури, наприклад, міскантус, верба чи рицина.
Серед вчених часто точаться дискусії щодо спалювання зеленої маси, однак питання щодо подальшої безпечної утилізації попелу досі залишається без відповіді. Деякі дослідники пропонують застосовувати отриманий попіл у виробництві цементу. Проте і тут виникають питання щодо того, які об’єкти можна будувати з такого цементу, щоб не допустити повторного забруднення довкілля.
За належного підходу пошкоджені воєнними діями ґрунти в Україні можна відновити
Загалом, результати досліджень дають привід для обережного оптимізму. Виявлені концентрації важких металів у ґрунті переважно не перевищують граничних показників. І це дає значні можливості для відновлення українських земель після війни. Збалансовані агротехнічні підходи та посилений контроль над використанням агрохімії допоможуть повернути природну рівновагу. Сучасні технології дають змогу детально досліджувати склад ґрунтів і оперативно реагувати на потенційні загрози, зберігаючи при цьому їхню родючість.
Ґрунт є однією з основних екосистем. І з точки зору захисту довкілля, коли ми говоримо про забруднення важкими металами окремих ділянок, це є не просто локальною проблемою, але також і можливою загрозою для інших пов’язаних екосистем – ґрунтових вод, лісосмуг, а врешті і трофічних ланцюгів. Усі ці складові природи взаємопов’язані, і наслідки забруднення не оминають жодну з них.
Попередні висновки на основі отриманих результатів надає канд. с.-г. наук, доцент кафедри агротехнологій та ґрунтознавства СНАУ Еліна Захарченко:
“Відповідно до отриманих в межах проекту результатів не можна стверджувати про те, що сільськогосподарські землі, які зазнали обстрілів мають бути вилучені із сільськогосподарського виробництва”.
“Особливу увагу слід приділити територіям із високою концентрацією важких металів, де можуть виникнути загрози біоакумуляції у харчових ланцюгах. Хоча наразі таких виявлено не було. Визначення територій, які можуть бути непридатними для подальшого обробітку, має базуватися на багаторівневому аналізі ризиків, що включає екологічні, економічні та соціальні аспекти. Масштабна консервація таких земель може бути розглянута за умов підтвердження критичних рівнів забруднення, особливо для рухомих форм важких металів”.
Резюме дослідження
В дослідженнях науковців СНАУ було проаналізовано близько 300 зразків ґрунту із 30 вирв від авіабомб та снарядів РСЗВ. В результаті були зафіксовані певні перевищення концентрацій важких металів. Особливої уваги вимагають результати, отримані з ділянок, де була знищена військова техніка – там подекуди концентрації важких металів перевищені у десятки чи сотні разів.
Проте, хоча війна вже залишила та продовжує лишати свій слід на ґрунтах України, вони мають великий потенціал для відновлення і подальшого ефективного використання. За умов впровадження обґрунтованих аграрних практик та належного екологічного нагляду, наші землі продовжуватимуть забезпечувати продовольчу безпеку країни та всього світу, попри всі випробування.
На сьогодні проведення подібних досліджень ґрунтів на прифронтових територіях є доволі обмеженим, внаслідок ризиків для безпеки. Саме тому більш детальні висновки за цією темою можуть бути сформовані після завершення воєнних дій.
Оксана Миколаївна Дацько – PhD, старша викладачка кафедри агротехнологій та ґрунтознавства Сумського національного аграрного університету
Джерело основного зображення: IFPRI
