Экологическая безопасность аграрного комплекса и качество пищевых ресурсов имеют в настоящее время важнейшее значение для всех стран, в том числе и России. Основой производства сельскохозяйственной продукции является почва, которая подвергается сильному угнетению в результате интенсивного применения пестицидов.
Среди угроз национальной безопасности России, связанных с загрязнением окружающей среды, угрозы, обусловленные загрязнением водоёмов и питьевой воды, и угрозы, связанные с наличием пестицидов в почве и продуктах питания, являются наиболее опасными, следуя в этом ряду сразу за угрозами, вызываемыми радиационным загрязнением и разливами нефтепродуктов. Именно эти обстоятельства предопределяют острую актуальность применения активных углей для предотвращения деградации почв, связанной с использованием в сельском хозяйстве пестицидов.
Углеадсорбционная детоксикация почв
Суть метода углеадсорбционной детоксикации почв состоит во внесении в почву активных углей с объёмом микропор 0,2-0,3 см3/г дозами 50-100 кг/га с последующей их заделкой на глубину 10-15 см.
Выбор конкретных приёмов внесения этих материалов в почву в рамках данного метода осуществляется с учётом токсикологических показателей почв и агроклиматических особенностей Чернозёмной зоны. Основными из этих приёмов являются: − поверхностное нанесение (распыление) полидисперсного активного угля или водной суспензии его порошка на загрязнённый участок с последующей заделкой равномерно распределённых фрагментов адсорбента на глубину 5-10 см (посев семян на обработанный таким образом участок проводят через 5-7 суток); − внесение в семенную борозду полидисперсного активного угля или его водно-угольной суспензии одновременно с высевом семян с последующей заделкой на глубину 5-10 см; − предпосевное локальное внесение полидисперсного активного угля или его водной суспензии в зону посевной борозды с заделкой угольного порошка на глубину 5-10 см и посевом семян в обработанные полосы через 2-5 суток. В качестве сырья для получения таких активных углей можно использовать каменный уголь, торф, древесину, скорлупу орехов, различные отходы растениеводства и другие дешёвые материалы.
В решении экологических задач агропромышленного комплекса преимущества активных углей перед другими видами адсорбентов составляют избирательность поглощения органических токсикантов, универсальность сорбционных свойств, высокая поглотительная способность, гидрофобность, удобная препаративная форма (зёрна, порошки), низкая стоимость.
Особо следует отметить тот факт, что даже при выращивании сельскохозяйственных культур (свёкла, редис, огурец, томаты) на незагрязнённых гербицидами почвах имело место благотворное влияние испытанных углеродных адсорбентов на тест-культуры.
Факт увеличения массы тест-растений на 10-15 % по мере нарастания дозы активного угля от 100 до 400 кг/га, вероятно, обусловлен связыванием этим адсорбентом неких эндогенных фитотоксикантов, накапливающихся в почве при естественном почвоутомлении и характерных только для данной культуры.
Таким образом, использование активных углей для детоксикации почв путём фиксации находящихся в них остатков гербицидов имеет два важных аспекта: повышение урожайности на загрязнённых почвах в среднем на 20-80 % и обеспечение возможности получения урожая диетической кондиции.
Оба эффекта обусловлены адсорбцией пестицидов из почвенных растворов активными углями, т.е. их фиксацией в пористой структуре активного угля и, как следствие, лишением способности к миграции с почвенными растворами и поступлению в корневую систему растений, что и выражается в сокращении или упразднении отрицательного воздействия этих токсикантов на урожай сельскохозяйственных культур. Наряду с этим замечено, что сорбированные на активных углях ксенобиотики также недоступны для разрушающих их почвенных микроорганизмов и что только после десорбции данного типа загрязняющих веществ в водную фазу они становятся объектами воздействия микрофлоры. Однако процесс этот весьма энергетически затруднён (замедлен во времени), что обусловливает полное самоочищение почвы от остатков токсикантов в течение 3-4 лет. Следует отметить, что сам по себе активный уголь не оказывает отрицательного действия на жизнь растений и активность почвенной биоты. О безопасности активных углей свидетельствует и тот факт, что многие содержащие их препараты применяют без особых ограничений в медицинской и ветеринарной практике для лечения людей и животных в качестве эффективных сорбентов различных токсинов экзо- и эндогенного происхождения.
Эффективность использования активного угля в агротехнологии определяется как его типом (обусловленным видом сырья, размерами сорбирующих пор, соотношением сорбирующих и транспорных пор), так и методами внесения адсорбента в почву (зёрна или суспензия, сплошное внесение, полосами или локально в зону высева семян, глубина заделки и другие факторы).
Новейшим направлением является сорбционно-биологическая ремедиация почв, разрабатываемая ЭНПО «Неорганика» совместно с институтом физико-химических и биологических проблем почвоведения (ИФХ БПП) РАН (г. Пущино). Это направление связано с методом очистки почв, основанном на использовании небольших доз адсорбента (1-5 % от массы почвы), который вносят в почву совместно со специально выращенными микробными штаммами − деструкторами пестицидов.
Особый аспект детоксикации почв связан с применением дефолиантов – веществ, вызывающих опадание листьев. Эти вещества, применяемые при уборке хлопчатника, американская армия использовала в качестве боевых во Вьетнаме для уничтожения листьев деревьев с целью обнаружения дислокации и путей снабжения противника. В природной среде дефолианты трансформируются, образуя диоксины – класс особо вредных для человека веществ. Предварительные исследования, проведённые во ВНИИ фитопатологии, показали, что внесение активных углей в почвы, загрязнённые такими ксенобиотиками, приводит к их извлечению из грунтов и необратимому фиксированию в пористой структуре этих адсорбентов. В результате резко снижается пагубное воздействие ксенобиотиков на литосферу и гидросферу.
Полагают, что защита почв от различных пестицидов станет особенно актуальной уже в недалёком будущем вследствие стремительного увеличения численности населения Земли и низких темпов разработок, связанных с созданием искусственной пищи. Поэтому защита той плодородной земли, которая составляет лишь 6 % от общей поверхности суши, становится особенно актуальной в XXI веке. Следует подчеркнуть крайнюю важность проблемы защиты сельскохозяйственных угодий для России, обладающей 38 % мировых чернозёмов − самых плодородных почв для возделывания сельскохозяйственных культур.
Именно технология детоксикации почв с помощью активных углей обеспечит не только увеличение урожаев в районах интенсивного земледелия (Китай, Индия, Юго-Восточная Азия, Ближний Восток, оазисы Африки), но и существенное улучшение качества сельскохозяйственной продукции и в конечном итоге здоровый образ жизни населения планеты.
