Kartais pasigirsta pranešimų apie Lietuvoje ekologiškai užaugintos grikių produkcijos užteršimą sunkiaisiais metalais ar pesticidų likučiais. Kokios gi neleistinų teršalų patekimo į ekologiškai augintų grikių produkciją priežastys?

Grikiai unikalūs tuo, kad jų šaknų sistemos, nors ir silpniau išvystytos negu kitų žemės ūkio augalų, siurbiamoji galia gerokai stipresnė. Grikių šaknys, išskirdamos organines rūgštis (skruzdžių, acto, limoneno), geba pasisavinti įvairius elementus iš dirvoje esančių sunkiai tirpstančių junginių. Dėl šios savybės grikiai, be pagrindinių mitybos elementų (azoto, fosforo, kalio), gali daugiau negu kiti žemės ūkio augalai pasisavinti sunkiųjų metalų, kurių natūraliai yra dirvožemyje. Žemės ūkio paskirties dirvožemiuose kai kurių sunkiųjų metalų (kadmio, švino, gyvsidabrio) koncentracija gali padidėti naudojant trąšas ir pesticidus, kai lyja rūgštus lietus.

Kiek sunkiųjų metalų sukaupia augalai, priklauso nuo jų koncentracijos dirvožemyje, nuo dirvožemio pH, granuliometrinės sudėties ir kitų veiksnių. Neutralaus rūgštumo sunkesnės granuliometrinės sudėties dirvožemis sunkiau absorbuoja sunkiuosius metalus, tad mažiau jų patenka į augalus. Lengvos granuliometrinės sudėties rūgščiuose dirvožemiuose, priešingai, dauguma sunkiųjų metalų būna palyginti mobilūs, todėl augalai jų gali sukaupti daugiau. Būtent lengvos granuliometrinės sudėties dirvožemiuose, kurių daugiausia yra Pietryčių Lietuvoje, grikiai auginami dažniausiai.

Be to, grikiai yra vieni iš augalų, kurie dėl savo stiprių akumuliacinių savybių įvairiose šalyse naudojami fitoremediacijai (fitoremediacija – teršalų šalinimas iš aplinkos pasinaudojant augalais). Grikiai geba geriau negu kiti žemės ūkio augalai pasisavinti iš dirvožemio įvairius cheminius elementus, tarp jų ir sunkiuosius metalus. Todėl grikių žaliavai ir iš jų pagamintiems maisto produktams maisto kontrolės institucijos skiria didelį dėmesį dėl užterštumo sunkiaisiais metalais. Tai reglamentuoja Lietuvos higienos norma HN-54:2003 ir Europos Sąjungos Komisijos reglamentas (EB) Nr. 1881/2006, kuriuose nurodomos leistinos sunkiųjų metalų koncentracijos.

Kiek sunkiųjų metalų yra trąšose

Vieni iš pavojingiausių žmogui teršalų yra sunkieji metalai. Sunkiaisiais metalais priimta vadinti tokius elementus, kurių 1 cm³ sveria daugiau negu 5 gramus. Sunkieji metalai į žmogaus organizmą patenka su maistu ir kaupiasi vidaus organuose. Nustatyta, kad net esant mažesnei už leistinas normas sunkiųjų metalų koncentracijai, jų kaupimosi padariniai sutrikdo žmogaus organizmo biologines funkcijas ir daro neigiamą įtaką sveikatai.

Nemažai sunkiųjų metalų yra mikroelementai, tačiau didesnės jų koncentracijos tampa toksinės ir yra kenksmingos. Sunkiųjų metalų natūraliai yra dirvožemio sudėtyje, bet papildomai jų į aplinką patenka dėl antropogeninės veiklos, pavyzdžiui, žemės ūkyje – su trąšomis, pesticidais.

Sunkiųjų metalų į dirvožemį patenka tiek naudojant mineralines, tiek organines trąšas. LAMMC Agrocheminių tyrimų laboratorijos mokslininkų publikuotais duomenimis, daugiausia sunkiųjų metalų patenka su trąšomis, į kurių sudėtį įeina fosforas. Kai kurių mineralinių ir organinių trąšų sudėtyje esančių sunkiųjų metalų kiekis pateiktas lentelėje.

Sunkiųjų metalų kaupimasis grikių grūduose

LAMMC Vokės filiale buvo atlikti tyrimai dėl sunkiųjų metalų – kadmio, cinko, gyvsidabrio ir švino – kaupimosi grikių grūduose taikant skirtingas agropriemones, t. y. grikius auginant ekologiškai ir tręšiant mineralinėmis trąšomis N₄₀P₆₀K₆₀. Pasirodo, skirtingos grikių veislės gali nevienodai kaupti sunkiuosius metalus ir kitus elementus. Todėl atlikti moksliniai tyrimai suteikia naujų duomenų apie sunkiųjų metalų kaupimąsi įvairių grikių veislių grūduose, auginamuose remiantis skirtingomis žemdirbystės sistemomis, taip pat apie biocheminės sudėties pokyčius, nulemiančius produkcijos kokybę.

Grikiai turi daug privalumų: grūduose gausu visaverčių baltymų, angliavandenių, vitaminų, mineralinių ir biologiškai aktyvių medžiagų, augalai nereiklūs dirvožemiui ir greitai užauga. Jie turi specifinių biologinių savybių: nuolat auga, tuo pačiu metu žydi ir užmezga bei brandina grūdus. Be to, grikiai yra entomofiliniai augalai – juos apdulkina išskirtinai tik vabzdžiai. Grikių produktyvumas glaudžiai susijęs su aplinkos veiksniais – meteorologinėmis sąlygomis, agrotechnikos pasirinkimu.

Kadmis (Cd). Natūralioje gamtoje šis metalas palyginti retas ir dažniausiai randamas molio mineraluose kartu su cinku. Jo žemės plutoje yra nedaug, tik apie 0,0005 procento. Vidutinė natūrali kadmio koncentracija dirvožemyje yra 1 mg kg^-1, augaluose – 0,005–0,02 mg kg^-1 (toksiškas poveikis augalams prasideda, kai koncentracija pakyla iki 5–30 mg kg^-1). Kadmis į dirvožemį patenka iš oro su iškastinio kuro degimo produktais, su trąšomis, kurių sudėtyje yra fosforo junginių. Ekologinėje žemdirbystėje yra draudžiama naudoti dirbtines fosforo trąšas, kad į dirvožemį nepatektų kadmis.

Kadmis – toksiškas metalas. Ūmi intoksikacija kadmiu pajuntama suvalgius maisto, kuriame jo koncentracija siekia 15 mg kg^-1. Pagal Pasaulinės sveikatos organizacijos (PSO) rekomendacijas Cd dozė žmogui neturėtų viršyti 0,5 mg per savaitę. Kadmio junginiai žmogui daro kancerogeninį, mutageninį poveikį, sukelia kraujospūdžio padidėjimą, išeminę širdies ligą, inkstų nepakankamumą, kaulų trapumą, mažakraujystę.

Priklausomai nuo dirvožemyje esančios koncentracijos, kadmis toksiškas ir augalams. Kai dirvožemyje Cd 10 mg kg^-1 – džiūsta augalų lapų viršūnėlės, 50 mg kg^-1 – gelsta augalų lapų gyslos, 100–300 mg kg^-1 – augalai gali nustoti augti, sumažėja jų derlius. Augalo morfologinėse dalyse kadmio kaupiasi skirtingai, bet daugiau jo lieka šaknyse. Be to, augalai, kurie yra atsparesni kadmio pertekliui, sukaupia jo net 2 kartus daugiau negu yra dirvožemyje.

LAMMC Vokės filiale atliktuose tyrimuose buvo naudotos tradicinės trąšos: amonio salietra, superfosfatas ir kalio chloridas, bet ir šios trąšos galėjo būti potencialus taršos šaltinis. Kadmio koncentracija naudotose trąšose buvo skirtinga, tačiau daugiausia jo buvo superfosfate – 2,75 mg kg^-1. Patręšus grikius N₄₀P₆₀K₆₀, su trąšomis į dirvožemį pateko 1 139 mg ha^-1 Cd (su superfosfatu – 825 mg ha^-1, su kalio chloridu – 198 mg ha^-1, su amonio salietra – 116 mg ha^-1). Ekologiškai auginant grikius, šio elemento (be to kiekio, kuris dirvožemyje buvo natūraliai susikaupęs) į dirvožemį papildomai nepateko.

Dėl skirtingų agropriemonių tirtų grikių grūduose kadmio koncentracija skyrėsi, bet neviršijo leistinos normos, kuri yra 0,10 mg kg-1 drėgno produkto svorio. Nors kadmio kiekis ir neviršijo leistinos koncentracijos (buvo mažesnė už leistiną 3–6 kartus), tačiau jo koncentracijos grūduose skirtumai atskleidė tam tikrus šio elemento susikaupimo grikių grūduose dėsningumus: ekologiškai užaugintoje grikių produkcijoje kadmio koncentracija buvo didesnė negu tręšiant mineralinėmis NPK trąšomis.

Cinkas (Zn). Cinkas yra ne toks toksiškas kaip kadmis. Žemės plutoje cinko yra 0,02 procento. Natūraliai randamos cinko koncentracijos svyruoja nuo 30 iki 150 mg kg^-1 dirvožemio. Su fosforo trąšomis į dirvožemį gali patekti 50–1 450 mg, su pesticidais – 1,3–25 mg Zn. Dirvožemyje 200–300 mg kg^-1 Zn koncentracija augalams nepavojinga. Susikaupusi didelė cinko koncentracija dirvožemyje gali slopinti augalų augimą. Mokslininkų duomenimis, esant dirvožemyje cinko 1 000 mg kg^-1, sumažėja augalų derlius, o esant 1 500 mg kg^-1 – derliaus visai negaunama.

Esant rūgščioms sąlygoms (žemas pH) dirvoje, cinkas dažniausiai būna mobilus. Cinko patekimą į augalus silpnina kalcis ir fosfatai.

Žmonėms cinkas – biologiškai būtinas mikroelementas, įeinantis į daugelio fermentų sudėtį, reikalingas kai kurių hormonų sintezei. Cinkas mažai toksiškas, tačiau siūloma neleisti didelių jo koncentracijų maiste. Su maistu žmogus per parą turėtų gauti 5–22 mg Zn. Dėl didesnio šio elemento kiekio žmogaus organizme atsiranda mažakraujystė, plaučių, skrandžio, širdies, kasos ir kepenų veiklos sutrikimų.

Leistino cinko kiekio augalinėje produkcijoje nereglamentuoja nei Lietuvos higienos norma, nei Europos Komisijos reglamentas. Mūsų tirtuose grikių grūduose Zn koncentracija buvo nuo 14,6 iki 20,3 mg kg^-1. Remdamiesi šiais rezultatais apskaičiavome, kad, suvartojus 1 kg grikių grūdų (tačiau paprastai grikių suvartojama vidutiniškai 150–200 g), būtų galima gauti cinko nuo pusės iki beveik visos rekomenduojamos paros normos. Vadinasi, grikiai yra saugūs dėl Zn sukaupimo grūdų produkcijoje. Reikia pabrėžti, kad nuo tręšimo mineralinėmis trąšomis Zn koncentracija grikių grūduose padidėja.

Gyvsidabris (Hg). Žemės ūkio naudmenose gyvsidabris į dirvožemį patenka su fungicidais, į kurių sudėtį įeina organiniai gyvsidabrio junginiai. Tai daugiausia beicai, skirti grūdams beicuoti (pavyzdžiui, granozanas). Gyvi organizmai sugeba kaupti gyvsidabrį. Ypač žuvys, kurių audiniuose gyvsidabrio koncentracija gali būti 3 000 kartų didesnė negu aplinkoje. Dėl to leistina gyvsidabrio koncentracija yra reglamentuojama tik žuvų produktuose: ji neturėtų viršyti 0,5–1,0 mg kg^-1.

Nors gyvsidabrio kiekis augalų produkcijoje nėra reglamentuojamas, t. y. nenurodomos leistinos jo koncentracijos, tačiau vertinant pagal leistiną koncentraciją kitoje produkcijoje (žuvyse), grikių grūduose gyvsidabrio koncentracija buvo daug kartų mažesnė ir siekė vos 0,003– 0,013 mg kg^-1.

Pastebėta, kad auginant grikius ekologiškai, grikių grūduose Hg koncentracija buvo didesnė negu auginant mineralinėmis trąšomis patręštame dirvožemyje. Šie dėsningumai pastebėti ir analizuojant kito elemento – Cd – koncentracijos pokyčius. Tačiau tyrimų duomenys rodo, kad nesvarbu, kokią grikių veislę auginome ir koks auginimo būdas buvo taikytas, Hg koncentracija grikių grūduose buvo mažesnė už leistiną kituose produktuose (0,5 mg kg-1) nuo 38,5 iki 166,7 kartų.

Vadinasi, grikių grūdai yra visiškai saugūs vartoti ir jų sudėtyje šio sunkiojo metalo yra labai nedaug. Tačiau būtina žinoti, kad gyvsidabris yra linkęs kauptis žmogaus organizme. Apsinuodijimai šiuo sunkiuoju metalu gali būti ūminiai ir lėtiniai. Ūmūs apsinuodijimai yra reti, dažnesni yra lėtiniai apsinuodijimai, kai gyvsidabrio į organizmą patenka nuolat mažomis dozėmis, dėl kurių pažeidžiamos centrinė ir vegetacinė nervų sistemos, kepenys, inkstai ir atsiranda kitų negalavimų. Kaip profilaktikos priemonė nuo apsinuodijimo gyvsidabriu naudojamas pektinas arba obuolių sultys, kurie padeda šį sunkųjį metalą pašalinti iš organizmo.

Švinas (Pb). Gamtoje švinas aptinkamas įvairiuose junginiuose. Į aplinką švinas patenka dėl autotransporto ir pramonės skleidžiamos taršos. Skaičiuojant 1 kg sausųjų medžiagų, šio elemento patenka su nuotekomis – 50–3 000 mg, fosforo trąšomis – 7–225 mg, kalkinėmis medžiagomis – 20–1 250 mg, azoto trąšomis – 2–27 mg, organinėmis trąšomis – 6,6–15 mg, pesticidais – 60 mg. Švinas yra linkęs kauptis dirvožemyje, nes dauguma jo junginių yra netirpūs net esant mažam pH. Literatūroje nurodoma, kad per metus į dirvožemį švino patenka 40–532 g ha^-1, o išsiplauna 4–30 g ha^-1. Dirvožemyje Pb mažai judrus arba būna inertiškas. Su humusu sudaro stabilius kompleksinius junginius. Dirvožemio organinės medžiagos dėl specifinių absorbcinių reakcijų gali imobilizuoti šviną.

Švino fosfatai yra stabiliausia, mažai tirpi švino forma gamtoje. Judriosios švino formos dirvožemyje sudaro 1,5 proc., o potencialiai judriosios – iki 10–18 procentų. Švinas augalų ir kitų gyvų organizmų gyvybinėms funkcijoms nėra būtinas, tai toksinas, slopinantis fermentų aktyvumą. Pasaulinės sveikatos organizacijos duomenimis, į žmonių organizmus kasdien patenka nuo 0,07 iki 0,4 mg Pb. Daugiausia jo patenka su augaliniu maistu. Dalis su maistu patekusio švino iš virškinamojo trakto pašalinamas kaip mažai tirpūs fosfatai ar kitos druskos, kita dalis patenka į kraują, kur sąveikauja su baltymais ir pernešamas į audinius ir ląsteles. Apie 90 proc. rezorbuotų švino junginių nusėda kauluose ir vidaus organuose. Pusė patekusio į audinius švino pasišalina per 20 dienų, o iš kaulų – per 20 metų.

Šiuo metu yra nustatyta, kad net ir nedidelis Pb kiekis aplinkoje neigiamai veikia žmogų. Dėl ilgalaikio ir nuolatinio nedidelių švino dozių poveikio sulėtėja vaikų protinis vystymasis ir atsiranda elgsenos sutrikimų. Švinas neigiamai veikia ir suaugusius žmones. Didesnis šio sunkiojo metalo kiekis organizme susikaupia dėl žmonių darbo aplinkos sąlygų.

Augalams švinas pradeda kenkti, kai jo dirvožemyje susikaupia didelės koncentracijos – 100–200 mg kg^-1. Dirvožemyje Pb mažai judrus neutralioje-šarminėje terpėje: esant pH > 6 ir veikiant vandeniui, jo junginių paviršiuje susidaro švino hidroksido plėvelė, kuri netirpi vandenyje. Todėl ypač Pb kenksmingas rūgščiuose, pH < 5, neužmirkusiuose dirvožemiuose. Pradeda gelsti augalų viršūnėlės, susisuka seni lapai, sutrumpėja ir paruduoja augalų šaknys. Švino koncentracija grikių grūduose neturėtų viršyti 0,20 mg kg^-1 drėgno produkto svorio.

Mūsų atliktų tyrimų duomenimis, grikių gūduose nustatytas Pb kiekis neviršijo 0,044 mg kg^-1, vadinasi, visų tirtų grikių veislių grūduose Pb koncentracija buvo nuo 4,5 iki 8 kartų mažesnė už leistiną.

Daugiau sukaupia biomasėje, o ne grūduose

Kaip jau minėta, grikiai gali būti auginami dėl fitoremediacijos, t. y., sukaupdami daugiau sunkiųjų metalų, jie padeda išvalyti užterštus dirvožemius. Remiantis literatūros šaltiniuose pateikta užsienio šalyse atliktų tyrimų medžiaga, sudarėme lentelę, kurioje pateikti kai kurių sunkiųjų metalų (Zn, Cd ir Pb) kaupimosi grikių biomasėje ir grūduose duomenys. Akivaizdu, kad grikiai daugiau sunkiųjų metalų sukaupia biomasėje negu grūduose. Taip pat pastebėtas dėsningumas, kad sunkiųjų metalų koncentracija biomasėje buvo didesnė ankstyvaisiais augimo tarpsniais (krūmijimosi ir butonizacijos) ir labai sumažėjo brendimo metu.

Užsienio šalyje atliktų tyrimų duomenimis, grikių grūduose visų sunkiųjų metalų (išskyrus šviną) koncentracija buvo leistina vertinant pagal mūsų šalyje galiojančias normas. Tik švino koncentracija grūduose buvo didesnė negu leistina. Šie duomenys rodo, kad sunkiųjų metalų kaupimasis grikių augaluose yra specifinis ir diferencijuotas. Taip daugiau sunkiųjų metalų grikių augaluose susitelkia vegetatyvinėje dalyje, o mažiau – generatyviniuose organuose (grūduose).

Palyginę sunkiųjų metalų koncentracijas grikių grūduose ir šiauduose, matome, kad šalutinėje produkcijoje (šiauduose) kadmio koncentracija buvo ribinė (dar prilygo leidžiamai koncentracijai), o švino koncentracija buvo didesnė negu leistina 9 kartus.

Sunkiųjų metalų kaupimosi grikiuose priežastys

LAMMC Vokės filiale atliekant tyrimus, nebuvo ištirta sunkiųjų metalų koncentracija visoje biomasėje, todėl tik hipotetiškai galime teigti, kad panašūs dėsningumai apie sunkiųjų metalų susikaupimą atskirose augalo dalyse galėtų būti pastebėti ir mūsų sąlygomis.

Tačiau remdamiesi atliktų tyrimų duomenimis, galime teigti, kad nustatyti sunkiųjų metalų kiekiai grūduose visų keturių tirtų grikių veislių, augintų skirtinguose agrofonuose, neviršijo leistinų ribų. Tačiau beveik visų sunkiųjų metalų (išskyrus cinką) koncentracija grūduose buvo didesnė auginant grikius ekologinėmis sąlygomis. Priežastys gali būti skirtingos, apimančios tiek sunkiųjų metalų koncentraciją aplinkoje ir sąveiką tarp jų, tiek ryšius tarp dirvožemio ir augalų, tiek labai sudėtingus biocheminius procesus augaluose.

Tarp atskirų sunkiųjų metalų gali būti skirtingo tipo sąveikos. Sinergizmas pasireiškia tada, kai, esant aplinkoje dviem ar daugiau elementų, vienas padeda kitam patekti į augalus ir jų bendras poveikis yra stipresnis negu atskirų poveikių visuma. Antagonizmas stebimas tada, kai bendras poveikis yra mažesnis negu atskirų elementų poveikių suma. Kalcis (Ca), fosforas (P) ir magnis (Mg) yra pagrindiniai antagonistiniai elementai, stabdantys mikroelementų ir kai kurių sunkiųjų metalų (kadmio, švino) patekimą į augalą.

LAMMC Vokės filiale darytame eksperimente tręšta superfosfatu Ca(H₂PO₄)2H₂O+CaSO₄*2H₂O. Tai trąša, susidedanti iš kalcio dihidrofosfato ir bevandenio gipso mišinio. Su šia mineraline trąša į dirvožemį buvo įterpta kalcio ir fosforo, kurie yra sunkiųjų metalų antagonistai. Dėl šios sąveikos, patręšus grikius superfosfatu, gali sumažėti sunkiųjų metalų kadmio (Cd), švino (Pb) ir gyvsidabrio (Hg) patekimas į augalus ir tai turi įtakos jų koncentracijos sumažėjimui grūduose. Literatūroje nurodoma, kad cinkas (Zn) taip pat yra stiprus kadmio (Cd) antagonistas.

Cheminiai elementai gamtoje dažniausiai randami ne atskiri, bet įvairiuose junginiuose. Užsienyje atlikti tyrimai parodė, kad vieno metalo buvimas veikia kito patekimą į augalą. Todėl sunkiųjų metalų poveikis augalams ir jų produkcijos kokybei pirmiausia priklauso nuo sunkiųjų metalų tarpusavio sąveikos. Atsižvelgiant į sinerginį ar antagonistinį poveikį ir augalo fiziologinį atsaką, pasireiškia sunkiųjų metalų fitotoksiškumas.

Kai į augalą patenka vienas iš šių metalų, pasikeičia absorbcija ir kito metalo pasiskirstymas augale. Būtent todėl labai tikėtina, kad patręštų mineralinėmis trąšomis grikių grūduose susikaupė daugiau cinko. Didesnė cinko koncentracija grikių augaluose galėjo sutrikdyti kadmio patekimą, kurio nustatyta koncentracija grūduose buvo gerokai mažesnė patręšus mineralinėmis trąšomis.