Metale ciężkie - kadm w glebie i plonach - jak się ich pozbyć? #23

Metale ciężkie - w ostatnich latach dużo mówi się o przekroczonych normach dotyczących zawartości metali ciężkich w tym kadmu i ołowiu w żywności. Głównie w owocach i warzywach. Problem ten nie pojawił się bowiem w ostatnich latach, ale wynikł z bardziej rozwiniętej kontroli produktów żywnościowych wprowadzanych na rynek. To zwiększenie kontroli i bardziej szczegółowe badania przyczyniły się do ujawnienia tego problemu na szerszą skalę. Rzeczywiście w ostatnich latach problem ten przybrał na wadze z racji pogłębiających się problemów z wodą w uprawie, stosowaniem tańszych ale pochodzących z niepewnego źródła nawozów (głownie wapniowych, fosforowych) i środków ochrony roślin często niespełniających norm dopuszczenia do użytku.

W najnowszym odcinku podcastu #UprawoMocni dr inż. Anna Ambroszczyk rozmawia w terenie z mgr inż. Krzysztofem Kolarskim o metalach ciężkich, a w szczególności o kadmie - jak je ograniczyć? Jak mieć kontrolę nad żywnością i jak zadbać o zdrowe plony?

Problem nadmiernej kumulacji metali ciężkich wynika również z niewłaściwego sposobu prowadzenia uprawy i wyjałowienia gleby z substancji humusowych, czyli ze zbyt niskiego poziomu próchnicy. To te czynniki powodują wzrost zawartości metali ciężkich głownie w warzywach i płodach rolnych.

Metale ciężkie - dlaczego są tak niebezpieczne?

Otóż metale ciężkie to jedne z najgroźniejszych substancji dla zdrowia ludzi. Mogą rozregulowywać układ immunologiczny, powodować mutację genów lub zmieniać ich ekspresję co w konsekwencji może prowadzić do alergii, chorób autoimmunologicznych i nowotworów. Metale ciężkie są sklasyfikowane jako zagrożenia chemiczne, które obecne w pożywieniu, odzwierciedlają w dużym stopniu kondycję środowiska i uprzemysłowienie upraw. Do najbardziej toksycznych należą ołów, kadm oraz rtęć. Pierwiastki te odznaczają się najwyższym współczynnikiem kumulacji, który wynosi od 10 aż do 600%.

Źródłami zanieczyszczenia środowiska metalami ciężkimi są również: emisje przemysłowe (górnictwo, hutnictwo, przemysł chemiczny), komunikacyjne, gospodarkę komunalną (składowanie odpadów) oraz rolnictwo (stosowanie nawozów fosforowych, wapna, środków ochrony roślin). Pierwiastki toksyczne mogą dostawać się do naszych organizmów przez skórę i płuca wraz z zanieczyszczonym powietrzem czy przez przewód pokarmowy wraz z skażoną żywnością i wodą. Najistotniejsza jest jednak droga pokarmowa. Do organizmu człowieka metale ciężkie dostają się przede wszystkim wraz ze spożywanymi roślinami, gdyż to one w pierwszej kolejności wchłaniają je z gleby.

Zawartość metali ciężkich w różnych organach roślin zmniejsza się w kolejności: korzeń (najwięcej)> liście > łodyga > kwiaty > nasiona (najmniej).

Największą możliwość akumulowania metali ciężkich mają: sałata, kapusta, buraki, marchew, szpinak, pietruszka, ziemniaki. Zdecydowanie bardziej bezpieczne są pomidory, ogórki, warzywa strączkowe i dyniowate oraz owoce. Zanieczyszczone mogą również być ziarna zbóż, a więc mąka i przetwory zbożowe.

Owoce, w odróżnieniu do warzyw, kumulują znacznie mniejsze ilości pierwiastków toksycznych. Wśród owoców szczególnie negatywnie wyróżniają się truskawki. Skażone rośliny przeznaczone na paszę mogą być przyczyną przenikania metali ciężkich do produktów pochodzenia zwierzęcego (w wątrobie, nerkach). Również napoje słodzone aspartamem i acesulfamem K zawierają metale ciężkie.

Metale ciężkie mogą powodować ostre i przewlekłe zatrucia. Ostre mogą powodować takie pierwiastki jak przykładowo astat, kadm, miedź czy rtęć. Schorzenia przewlekłe mogą długo nie dawać żadnych objawów i mieć utajona formę, a ujawniać się dopiero po wielu latach. Metale ciężkie w naszych organizmach wywołują przede wszystkim zmiany w syntezie białka i zaburzenia wytwarzania energii, w następstwie których może dochodzić do poważnych chorób. Odkryto istotne zależności między stężeniami metali ciężkich w środowisku, a umieralnością na nowotwory. Do najbardziej niebezpiecznych pierwiastków należą ołów, kadm oraz rtęć. Kadm jest stosunkowo intensywnie pobierany przez rośliny i łatwo transportowany poprzez system korzeniowy do wszystkich organów. Źródłem ponad 80% pobrania kadmu z żywnością jest żywność pochodzenia roślinnego, przede wszystkim zboża i warzywa.

Metale ciężkie z naukowego punktu widzenia

Wyniki badań monitoringowych (w Polsce i w innych krajach UE) wykazują najwyższe zanieczyszczenie kadmem glonów morskich, ryb i owoców morza, a także czekolady, suplementów diety, grzybów, nasion roślin oleistych oraz podrobów. Jednakże mając na uwadze ilościowe spożycie pokarmów, największy udział w całkowitym pobrania kadmu mają produkty roślinne. Zatem wegetarianie bardziej narażeni są na spożycie metali ciężkich (co wykazują również badania).
Głównymi docelowymi organami kumulującymi kadm są wątroba i nerki, a także trzustka, jelita, gruczoły oraz płuca. Cechuje się on wyjątkowo długim biologicznym okresem półtrwania (10-30 lat).

Wykazuje szerokie negatywne oddziaływanie: pojawienie się w moczu białek, zahamowanie działalności sorpcyjnej kanalików nerkowych, kamica nerkowa, obrzęk pęcherzyków płucnych i rozedma płuc, zapalenie błony śluzowej nosa i gardła, niewydolność oddechowa, zanik węchu, zaburzenia krążenia, zwyrodnienie mięśnia sercowego i nadciśnienie, nasila peroksydacje lipidów, zmniejsza wydzielanie insuliny, zaburza metabolizm wapnia i witaminy D, może powodować anemię, zaburzenia funkcjonowania gruczołów płciowych, układu immunologicznego (alergia, autoagresja), a także być przyczyną niedoborów żelaza, miedzi i cynku w organizmie. Kadm został w umieszczony przez International Agency for Research on Cancer na liście związków rakotwórczych, wywołujących raka prostaty i jąder oraz nowotwory układu krwionośnego, nadciśnienie tętnicze, przedwczesne porody, niska masa urodzeniowa noworodków. Metale ciężkie zanieczyszczające glebę hamują rozwój bytujących tam mikroorganizmów, co prowadzi do zakłócenia ich podstawowych funkcji fizjologicznych, a przede wszystkim procesów związanych z rozkładem i przemianą substancji organicznej. O zanieczyszczeniach w żywności mówi się wówczas, gdy metale ciężkie występują w niej w ilościach powyżej wartości naturalnych. Dla pierwiastków tych ustalone zostały najwyższe dopuszczalne poziomy w żywności, które zawarte są w Rozporządzeniach Komisji (UE)

Metale ciężkie w uprawach

Największą zdolność gromadzenia metali ciężkich mają: buraki, ziemniaki, marchew, pietruszka, kapusta, szpinak, sałata. Matale ciężkie w nadmiernych ilościach wpływają negatywnie na podstawowe procesy życiowe roślin. Wywołują zaburzenia fotosyntezy, podziału komórek, metabolizmu azotowego, starzenie się komórek (stres oksydacyjny) oraz gospodarki wodnej. Efekty toksycznego oddziaływania tego pierwiastka to:

• niższe plonowanie,
• małe, ciemnozielone lub czerwone liście (w skrajnych przypadkach pojawiają się na nich plamy nekrotyczne),
• skrócone korzenie o mniejszej gęstości włośników.

Kadm powoduje m.in. zaburzenia fotosyntezy i przemiany związków azotowych, zmiany przepuszczalności błon komórkowych oraz struktury DNA. Ze względu na występowanie w środowisku glebowym głównie w postaci jonu Cd²⁺ jest stosunkowo intensywnie pobierany przez rośliny i łatwo transportowany poprzez system korzeniowy do wszystkich organów. Objawy toksyczności kadmu dla roślin występują na ogół przy jego zawartości w glebie na poziomie 5–30 mg/kg.

Podstawowe symptomy to:

• plamy chlorotyczne i brunatne na blaszkach liściowych,
• zaczerwienienia żyłek,
• skręcenia liści,
• skrócenie korzeni.

Jak można ograniczyć występowanie kadmu w glebach uprawnych?

• Odpowiednie pH gleby: wapnowanie, ponieważ wysokie pH zmniejsza przyswajalność kadmu przez korzenie.
• Odpowiednie nawożenie: Ograniczenie nawozów o wyższej zawartości metali ciężkich. Wprowadzanie do gleby cynku, żelaza, manganu, siarki oraz krzemu, które blokują pobieranie kadmu przez rośliny.
• Stosowanie dobrej jakości obornika.

Stosowanie nawozów fosforowych z niską zawartością zanieczyszczeń kadmem.

• Regularne wykonywanie analiz gleby, aby kontrolować poziom metali ciężkich, jeśli mamy podejrzenie, że mogą być przekroczone jego ilości - szczególnie jeśli planujemy uprawę warzyw korzeniowych lub liściowych.
• Stosowanie nawozów bezchlorkowych. W glebie najwięcej jest połączeń Cd z chlorem - najwięcej Cd wprowadza się z chlorkiem potasu.

Jak zmniejszyć dostępność dla rośli kadmu z gleby jeśli już tam występuje?

Przede wszystkim profilaktyka:

- Zamiana kadmu w formy nieprzyswajalne - tutaj z pomocą przychodzi wysoka zawartość próchnicy, czyli kwasy humusowe. Najlepiej naturalne wytworzone w procesie humifikacji materii organicznej. Jeśli poziom próchnicy jest zbyt mały (poniżej 3%) warto zastosować kwasy humusowe np: GleboMax lub Lignohumat Super.

- zapewnić odpowiedni odczyn pH gleby i poziom dostępnego wapnia 1500-2500 mg. -  tutaj z pomocą przychodzi nawóz wapniowy bi calc+, który oprócz doskonałej jakości wapna węglanowego zawiera w swoim składzie bakterie wspomagające tworzenie się naturalnej próchnicy, udostepniające azot i fosfor. Pomagają one ograniczyć nawożenie mineralne nawozami azotowymi i fosforowymi. W bi calc+ znajdują się również aktywatory funkcji biologicznych, które nie tylko wspomagają mikroorganizmy do działania i szybkiego namnażania się ale również mają zdolność wiązania metali ciężkich i dezaktywowanie ich w glebie.

- wprowadzanie cynku do gleby np. siarczanu cynku 30-50 kg/ha

- częściowe usunięcie (fitoremediacja) - czyli wykorzystanie roślin do oczyszczania gleby z metali ciężkich. Do tego celu szczególnie nadają się: gorczyca, słonecznik, konopie, trawy, koniczyna, łubin biały (warto jednak pomyśleć o masie zielonej, która pozostaje po takim oczyszczaniu, ponieważ nie nadaje się ona jako pasza, nie nadaje się na kompost, a jeśli jest wykorzystana w biogazowni, ważne aby masa pofermentacyjna z takich roślin nie trafiła ponownie na pola. Dlatego rośliny „czyszczące” powinny być zebrane i zutylizowane w bezpieczny sposób.

- stosowanie sztucznych i naturalnych absorbentów - biowęgiel, chlorella, bentonit, zeolit, spirulina, grzyby mikoryzowe, bakterie z rodzaju Bacillus czy Pseudomonas, które wytwarzają zewnątrzkomórkowe substancje polimerowe (EPS) wiążące m.in. metale ciężkie i unieruchamiające je w glebie (polecane produkty: bi system 24. REANIMATOR, bi complex max)

- właściwe stosowanie nawozów – forma saletrzana albo amidowa, nawozy fosforowe o niskiej zawartości kadmu pozyskiwane ze złóż o niskiej zawartości Cd, nawozy bezchlorkowe

Dopuszczalne normy Cd w nawozach:

• Organiczne i org-mineralne 5 mg/kg s.m.
• Mineralne 50 mg/kg
• Wapno 8 mg/ka CaO
• Wapno magnezowe 15 mg/1 kg CaMgO

Należy unikać wapna poflotacyjnego - sprawdzić zawartość Cd i pochodzenie tego wapna czy nie pochodzi z kopalni cynku i ołowiu.

Jakie wartości Cd w żywności są bezpieczne i dopuszczalne ?

• Bulwy, korzenie pietruszki - 0,05 mg/kg świeżej masy
• Buraki - 0,06 mg/kg świeżej masy
• Seler naciowy - 0,15 mg/kg świeżej masy
• Chrzan, pasternak - 0,2 mg/kg świeżej masy
• Cebula - 0,03 mg/kg świeżej masy
• Czosnek - 0,05 mg/kg świeżej masy
• Kalafior, brokuł - 0,04 mg/kg świeżej masy
• Kapusta - 0,1 mg/kg świeżej masy
• Strączki - 0,02 mg/kg świeżej masy
• Pory - 0,04 mg/kg świeżej masy   
• Owoce cytrusowe, owoce ziarnkowe, owoce pestkowe, oliwki stołowe, kiwi, banany, mango, papaje i ananasy - 0,020 mg/kg świeżej masy
• Jagody i drobne owoce jagodowe, z wyjątkiem malin - 0,030 mg/kg świeżej masy
• Owoce - 0,05 mg/kg świeżej masy
• Maliny - 0,04 mg/kg świeżej masy
• Warzywa owocowe, z wyjątkiem bakłażanów - 0,020 mg/kg świeżej masy
• Bakłażany - 0,030 mg/kg świeżej masy
• Rzepak - 0,15 mg/kg świeżej masy
• Żyto, jęczmień - 0,05 mg/kg świeżej masy
• Pszenica - 0,15 mg/kg świeżej masy
• Len, słonecznik - 0,5 mg/kg świeżej masy

Ograniczanie skutków suszy w glebie to ograniczanie pobierania metali ciężkich

Susza wzmaga pobieranie kadmu przez rośliny, ponieważ kadm w glebie jest zagęszczony z powodu ograniczenia ilości wody, więc rośliny wchłaniają go więcej. W związku z tym ważne jest zapobieganie skutkom suszy - odpowiednia struktura gleby bogatej w próchnice i minerały ilaste, które gromadzą wodę dostępną dla roślin. Bardzo ważne staje się dostarczanie do gleby materii organicznej i odpowiedni jej rozkład oraz humifikacja celem zwiększenia zawartości w niej próchnicy.

W procesie zapobiegania pochłaniania kadmu przez rośliny ogromne znaczenie ma ich odpowiednie odżywienie w mikroelementy, i tutaj doskonale sprawdzają się nawozy z serii SOLER oraz dbanie o dobra kondycję rośliny dzięki stosowaniu preparatów opartych o ekstrakty z alg morskich, ponieważ specyficzne związki takie jak np: zeatyna mogą ograniczać przyswajanie metali ciężkich. Doskonałymi preparatami o dużej koncentracji ekstraktów a alg morskich są Naturalny Plon i POWERCOP. Preparaty te nie tylko wspomagają rośliny i działają antystresowo ale realnie wpływają nie tylko na ilość ale również na jakość plonów.

Sumując, tylko szerokie podejście do tematu ograniczenia zawartości metali ciężkich w produktach rolniczych może z powodzeniem rozwiązać w ogromnej większości ten problem. Trzeba kompleksowego działania zarówno z glebą, technologią uprawy, stosowaniem odpowiednich, bezpiecznych i jakościowych nawozów i środków ochrony roślin oraz doborem samych roślin. Należy również pamiętać o działaniach prewencyjnych i profilaktycznych, ponieważ jeśli metale ciężkie już trafią do rośliny niestety wtedy już nie ma możliwości obniżenia ich zawartości. Dlatego tak ważne jest postepowanie jeszcze na długo przed uprawą.

Obejrzyj odcinek #UprawoMocni i dowiedz się, jak pozbyć się metali ciężkich!

Zobacz odcinek na YouTube lub Spotify