Удобрения: вред или польза? | Научно-популярный журнал "Химия и Жизнь"

Удобрения: вред или польза?
Леенсон И.А.
(«ХиЖ», 2019, №1)

Сплошь и рядом можно услышать, что еда теперь не та, что она отравлена химическими удобрениями. Достаточно вспомнить недавние страшилки о нитратах в овощах, которые привели даже к выпуску определителей нитратов в домашних условиях (пользуется ли кто-нибудь ими из покупателей в магазине или на рынке?). Многие мечтают о тех временах, когда не слыхали про искусственные «химические» удобрения, когда все продукты были «чистыми», произведенными если и с удобрениями, то только с навозом. Сейчас такие продукты называют модным словом «органические». Вот цитата из недавней статьи «Биосыр и экоколбаса — маркетинговый ход и попытка обмануть покупателя», опубликованной в газете «Вечерняя Москва».

«Как пояснила ведущий эксперт общества защиты потребителей "Росконтроль", сейчас есть достаточно четкие критерии, что можно считать продукцией органического производства.

— Есть Федеральный закон «Об органической продукции», где вполне четко определено, что именно это за продукция, — пояснила эксперт. — Она выпущена с использованием принципов органического производства, то есть из сырья, полученного без применения пестицидов и других средств защиты растений, без химических удобрений, стимуляторов роста и откорма животных, без антибиотиков, гормональных и ветеринарных препаратов, а также ГМО».

За рамками газетной статьи остался ряд вопросов: сколько из живущих сейчас на планете семи с половиной миллиардов людей можно прокормить без применения пестицидов, стимуляторов роста, химических удобрений, ГМО и т. д. И что значит «без ветеринарных препаратов» — то есть лечить больных животных нельзя? Рассмотрим только «химические удобрения». На своем огороде вполне могут вырасти хорошие огурцы, кабачки, петрушка и прочая зелень, если не вносить на грядки удобрения. Неплохо могут плодоносить плодовые кусты и деревья. А если нужно накормить не семью, а многомиллиардное население Земли — можно ли обойтись без «химических удобрений»? Ведь тысячи лет обходились без них, и даже слов таких не знали.

Однако возможность обойтись только «органическим удобрением», попросту говоря, навозом, — это миф. Еще в конце XVIII века, когда население Земли только приближалось к первому миллиарду, прозвучали тревожные нотки — нас становится слишком много! В явном виде эту озабоченность будущим выразил английский экономист Томас Мальтус (1766–1834), который в 1798 году издал знаменитую книгу «Опыт о народонаселении». В ней он указал, что численность населения имеет тенденцию возрастать в геометрической прогрессии, а средства к существованию даже в самых благоприятных условиях могут расти только в арифметической прогрессии. Так, производство продуктов питания, по Мальтусу, может расти лишь путем расширения сельскохозяйственных угодий и лучшей обработки пахотной земли. Вывод был неутешительным: в будущем человечеству грозит голод. Спустя почти столетие этот вывод подтвердил в 1887 году английский ученый Томас Гексли (Хаксли, 1825–1897), друг Чарльза Дарвина и популяризатор его учения.

На проблему истощения почвы за счет минеральных веществ и на необходимость возвращать их в землю после снятия урожая указал знаменитый химик Юстус Либих (1803–1873). В 1840 году он выпустил книгу «Органическая химия в применении к земледелию и физиологии», в которой, в частности, писал: «Придет время, когда каждое поле, сообразно с растением, которое на нем будут разводить, будет удобряться свойственным удобрением, приготовленном на химических заводах». Для того времени это было совершенно непривычно, поэтому указание Либиха было встречено многими учеными в штыки. Однако проблема оставалась: чтобы избежать голодной смерти человечества, необходимо было существенно увеличить производительность сельского хозяйства. Экстенсивные методы к тому времени себя уже исчерпали, по крайней мере в Европе. Результатом стало введение в сельское хозяйство со второй половины XIX века химических удобрений.

С фосфорными и калийными удобрениями особых проблем не было: недра богаты и калийными, и фосфорными солями. Сложнее с азотными удобрениями, которыми могут быть нитраты и соли аммония. Богатейшим источником азота в течение десятков лет являлась чилийская селитра — нитрат натрия в смеси с сульфатом и хлоридом натрия, глиной, песком и небольшим количество иодата натрия NaIO3 (его использовали для добычи иода). Во времена Мальтуса экспорт чилийской селитры составлял около 1000 т в год, а в начале ХХ века исчислялся уже миллионами тонн. Запасы чилийской селитры быстро истощались, тогда как потребность в нитратах росла быстро. Калиевая селитра была нужна для производства пороха; ее получали обменной реакцией NaNO3 + KCl → NaCl + KNO3, основываясь на сильном различии растворимости NaCl и KNO3 с изменением температуры. Ситуация казалась безвыходной, пока немецкий химик Фриц Габер не разработал в 1907–1909 годах метод связывания атмосферного азота в аммиак; а превращать аммиак в другие соединения азота химики умели.

Но проблема все равно оставалась: широкая доступность минеральных удобрений порой приводила к тому, что растения «перекармливали» ими. А это так же плохо, как перекармливание животных и людей. Мало кто знает, что для усвоения растением органического удобрения это удобрение (навоз или птичий помет) должно быть сначала переработано почвенными микроорганизмами с образованием тех же самых неорганических солей — нитратов, фосфатов и других. Различие только в кинетике: неорганические удобрения усваиваются растениями быстро, тогда как почвенные микроорганизмы работают медленно. Кстати, средневековый метод получения селитры для изготовления пороха также был основан на работе микроорганизмов: навоз смешивали в кучах с соломой и золой и оставляли примерно на год, поливая время от времени мочой. Образовавшуюся селитру выщелачивали водой.

Про нитраты мы, кстати, недавно писали (Химия и жизнь, 2017, 5, 13), но конкретно про удобрения там было несколько строк. Сейчас мы это обсудим чуть подробнее.

У растений в их естественной природной среде никогда не возникает избытка нитратов, которых они могут «переесть». Такое возможно только при избыточном внесении нитратов в почву, когда все процессы усвоения азота значительно ускоряются, и единственная проблема — не перекормить растения, а это уже зависит от людей. Грамотный хозяин знает, что удобрений следует вносить ровно столько, сколько нужно для возмещения в почве питательных веществ, вынесенных из нее снятым урожаем. А чем вреден избыток нитратов? Сами по себе нитраты — соли азотной кислоты — не ядовиты. Ядовиты продукты восстановления нитратов — нитриты, соли азотистой кислоты HNO2. Примерно 5% поступивших в организм нитратов превращаются в кишечнике под действием микроорганизмов в нитриты. Попадая в кровь, нитриты окисляют гемоглобин, содержащий Fe(II), до метгемоглобина, содержащего Fe(III), который не способен переносить кислород от легких к тканям. Если в крови больше 30% метгемоглобина, появляются слабость, головная боль, одышка, головокружение. Нитриты могут превращаться далее в нитрозамины (N­нитрозосоединения RR’N–N=O), потенциальные канцерогены.

Однако никакое растение не может расти, если его корни не будут извлекать из почвы соединения азота. Даже в отсутствие минеральных удобрений в растениях, особенно в овощах, все равно будет какое­то количество нитратов. Конкретное содержание возможного накопления нитратов зависит от сезона, типа почвы, использования удобрений. На некоторых русскоязычных сайтах приводятся данные о возможном накоплении нитратов в овощах. Усредненные значения для некоторых овощей приведены, например, в таблице на сайте.

По данным ВОЗ, — Всемирной организации здравоохранения, — допустимо попадание в организм человека в сутки до 3,7 мг на 1 кг массы. То есть при массе тела 70 кг это составит 260 мг. Получить такую суточную дозу, например, из салата, укропа или петрушки вряд ли реально: никто их сотнями граммов не ест. Нитраты очень хорошо растворяются в воде, поэтому, если положить овощи в кипящую воду на две минуты, а затем воду слить, содержание нитратов снизится вчетверо.

И наконец, в литературе описано проведение метаанализа — анализа разных опубликованных данных, чтобы выяснить, отличаются ли по составу органические овощи, выращенные без применения химических удобрений, ядохимикатов и другой «химии», от овощей, выращенных с применением всего указанного. В 2009 году из 318 работ на эту тему отобрали 55 наиболее надежных: в них было указание на воспроизводимость результатов, приведена статистика, детально описана методика и так далее. (В остальных не была достаточно подробно описана методика эксперимента или не изучена тщательно воспроизводимость, не приведена статистическая обработка результатов и т. п.). В отобранных статьях сравнивалось содержание в «органических» и в «обычных» овощах азота, фосфора, калия, магния, кальция, цинка, меди, витамина С и растительных масел. Вывод был однозначным: «органические» овощи практически ничем не выделялись среди других.


Содержание нитратов в некоторых овощах, мг/кг

Низкое

10–150

горох, томаты, сладкий стручковый перец, чеснок, картофель, репчатый лук, поздняя морковь

Среднее

150–700

огурцы, поздняя белокочанная капуста, зеленый лук в открытом грунте, тыква, кабачки, патиссоны, щавель, ранняя морковь, корнеплоды петрушки, цветная капуста (осенью)

Высокое

700–1500

ранняя цветная и белокочанная капуста, столовая свекла, брокколи, корневой сельдерей, кольраби, репа, хрен, редис и редька в открытом грунте, зеленый лук в защищенном грунте

Очень высокое

1500–4000

салат, мангольд (листовая свекла), шпинат, укроп, редис в защищенном грунте, листья столовой свеклы и петрушки, сельдерей



Несколько иные сведения о содержании нитратов (мг/кг) приведены в книге «100 химических мифов», например:

Очень низкое

менее 200

фасоль, горох, картофель, лук, чеснок, томаты, баклажаны, зеленый перец, спаржа

Низкое

200–500

брокколи, цветная капуста, репа, кабачки, огурцы

Среднее

500–1000

укроп, капуста

Высокое

1000–2500

кольраби, петрушка, лук­-порей, корневой сельдерей

Очень высокое

свекла, редис, салат, шпинат, сельдерей



Эта статья доступна в печатном номере "Химии и жизни" (№ 1/2019) на с. 14 — 15.

Еще по теме

prev_2018_01_18.jpg

В 2005 году в нашем журнале уже публиковались краткие обзоры современных мифов: о воде, о еде и питье, о болезнях и лекарствах. Но тема неисчерпаема, а «химическая мифология» популярности не теряет. Недавно четыре венгерских химика из Дебреценского университета написали монографию «100 химических мифов: недоразумения, неверные трактовки, объяснения», которая была переведена на английский язык и выпущена издательством «Шпрингер».

>>
Мифы о продуктах питания | Научно-популярный журнал «Химия и Жизнь»

Тезис о том, что «все продукты сейчас отравлены», — типичное проявление хемофобии, а хемофобия — следствие незнания и деятельности нечистоплотных СМИ. Послушать алармистов, в пищевой промышленности работают вредители, которые коварно отравляют продукты. Однако население земли вовсе не вымирает, а увеличивается, причем быстро, и средняя продолжительность жизни постоянно растет.


>>
prev_2018_03_14.jpg

Лишь очень малая часть синтетических соединений, попадающих в наш организм, когда-либо исследовалась на предмет опасности для здоровья, включая канцерогенность, воздействие на репродуктивную функцию, на внутриутробное развитие, иммунную систему и так далее. Те, которые изучают, — изучают на подопытных животных; на людях это делать неэтично. Кроме того, обычно изучается воздействие отдельных веществ, тогда как в реальной жизни на нас действует их смесь. При этом каждый год на рынке появляется до 1800 новых химических соединений.

>>
prev_2018_04_28.jpg

В июне 2007 года вступил в силу регламент Европейского союза по «регистрации, оценке, авторизации, ограничению производства и использования химических веществ» — Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals, сокращенно REACH. В истории Евросоюза это наиболее детально разработанный законодательный акт, занимающий более 1200 страниц текста; в документе 141 статья, дополненная 27 приложениями.


>>
prev_2018_05_24.jpg

«Экологический образ» химической промышленности, мягко выражаясь, оставляет желать лучшего. Когда простой человек слышит или читает что-либо о химических превращениях, то чаще всего это вызывает у него только отрицательные эмоции. Они связаны с загрязнением окружающей среды, с авариями на химических предприятиях, потому что такие аварии благодаря СМИ становятся широко известными. В то же время фармацевтическая промышленность и биотехнология избежали подобной участи: считается, что они не наносят вреда окружающей среде. А как на самом деле?

>>
prev_2018_07_22.jpg

Авторы книги «100 химических мифов» отдают должное Менделееву, его интуиции и уверенности в своей правоте. Ведь он описывал свойства неизвестных элементов, когда многие химики считали, что уже открыты почти все химические элементы! Лишь Менделеев осмелился не только предсказать открытие новых элементов, но и указать их место в таблице и даже их свойства. Потому что он понимал, что периодическая таблица — не просто удобный способ систематики, а закон природы. Всего таких предсказаний он сделал 16. Авторы книги о химических мифах приводят примеры всех таких предсказаний, в том числе и не подтвердившихся.

>>
prev_2018_09_44.jpg

Широкую известность в конце первого десятилетия XXI века получил эксперимент по «удобрению океана» сотрудниками Института полярных и морских исследований в Бременхафене. Они решили проверить, можно ли уменьшить парниковый эффект, вызванный углекислым газом, удобряя океан соединениями железа. Дело в том, что американский океанограф Джон Мартин ранее показал, что для роста планктона в поверхностных слоях океана необходимы микроколичества железа.

>>
prev_2018_10_32.jpg

Свинец — один из семи металлов, известных с древности. Он иногда встречается в самородном виде и легко выплавляется из руды. Однако повышенное содержание свинца в организме приводит к отравлению. Как же он может туда попасть?

>>

prev_2018_11_18.jpg

«Скользкость льда, — пишет известный популяризатор науки Я.И.Перельман в одном из рассказов в «Занимательной физики», — зависит главным образом не от гладкости, а <...> от того, что температура плавления льда понижается при увеличении давления…» Однако ученые и преподаватели продолжают обсуждать физику скольжения коньков на морозе, и приведенное Перельманом «простое объяснение» подвергается сомнению.

>>
prev_2018_12_32.jpg

Пищевые красители, особенно синтетические, вызывают больше всего вопросов и возражений, когда речь заходит о пищевых добавках. Важно еще и то, что часто красители добавляют сверх меры, чтобы придать товару более привлекательный вид. Потому что природные красители в разных фруктах и ягодах часто окрашены недостаточно интенсивно. Не следует думать также, что если краситель «натуральный», то есть выделен из природных источников, то он безвреден — это миф. Вот несколько примеров.

>>