Artykuł naukowy

Wpływ środków chemicznych stosowanych w uprawie roślin na życie
biologiczne gleby.
Agata Rutkowska
Człowiek
od
początku
istnienia
wykorzystuje
naturalne
zasoby
środowiska zmieniając tym samym jego pierwotny stan. Rosnąca wielkość
globalnej populacji i zwiększające się zapotrzebowanie na żywność prowadzą
do wzrostu produkcji poprzez intensywne uprawy (Chowdhury i in.2008).
Wzmożona
produkcja
rolnicza
związana
jest
z
użyciem
różnych
agrochemikaliów, głównie środków ochrony roślin i nawozów, które gwarantują
uzyskanie wysokich i dobrych jakościowo plonów (Łozowicka i Bułatowicz
2009). Stosowanie w ochronie upraw rolniczych pestycydów stało się szybki,
skutecznym i wygodnym elementem ochrony roślin przed patogenami (Wrzosek
i in 2009) i chwastami. Pomimo niewątpliwych korzyści wynikających z ich
stosowania, istnieje niebezpieczeństwo skażenia środowiska przyrodniczego
pozostałościami substancji aktywnych preparatów chemicznych, które mogą
ulegać kumulacji w środowisku glebowym ( Kucharski, Badowski 2006)
Pestycydy to ogólna nazwa chemicznych środków ochrony roślin pochodzenia
syntetycznego lub naturalnego (Menon i in. 2005) stanowiąca bardzo liczną i
chemicznie zróżnicowaną grupę związków. Każdy pestycyd składa się z
podstawowej części tzw. substancji aktywnej i substancji pomocniczej. Budowa
chemiczna substancji aktywnej jest jednym z najważniejszych czynników
decydujących o jego biologicznym działaniu a także rozkładzie. Pestycydy
powinny charakteryzować się selektywną toksycznością czyli zdolnością do
niszczenia organizmu będącego jego celem, jak również krótką trwałością w
środowisku oraz dużą podatnością na degradację (Brzeziński 2002; Maciaszek,
Gworek 2004).
W rolnictwie chemiczne środki ochrony stosowane są przede wszystkim w celu
zwalczania różnych szkodników i chorób roślin a także usuwania i niszczenia
chwastów. Dlatego też wyróżnić można kilka klasyfikacji pestycydów,
najczęściej jednak stosowaną jest ich podział w zależności od kierunku
zastosowania i sposobu działania, który dzieli je na (Brzeziński 2002):
1. Zoocydy - środki do zwalczania szkodników zwierzęcych:
 Insektycydy - środki owadobójcze,
 Akarycydy – zwalczające roztocze,
 Nematocydy –zwalczające nicienie,
 Aficydy – zwalczające mszyce
 Rodentycydy –zwalczające gryzonie,
 Moluskocydy – zwalczające ślimaki,
 Atraktanty - środki zwabiające
 Repelenty - środki odstraszające
2. Bakteriocydy- środki do zwalczania bakterii
3.Herbicydy –środki do zwalczania chwastów
 totale- niszczące całą populację roślin
 wybiórcze- eliminujące określone gatunki roślin
 regulatory wzrostu- inhibitory, stymulatory
4. Fungicydy- środki do zwalczania grzybów.
W dobie współczesnego rolnictwa na rynku istnieje duża różnorodność i
dostępność chemicznych środków. W Polsce zużycie pestycydów kształtuje się
na stosunkowo niskim poziomie i nigdy nie przekroczyło 2 kg substancji
aktywnej środka ochrony na hektar gruntów ornych i sadów. Jednak w ostatnim
czasie zanotowano wzrost zużycia chemicznych środków. Wzrostowi uległa
również powierzchnia na jakiej przeprowadzane są zabiegi z wykorzystaniem
tych preparatów (Zalewski 2007)
Traktowanie plantacji środkami chemicznymi nie pozostaje bez wpływu na
środowisko naturalne (Gołębiowska, Rola 2007). Nieumiejętne i długotrwałe
stosowanie środków ochrony roślin podczas różnych zabiegów rolniczych jest
jedną z głównych przyczyn, prowadzących do zanieczyszczenia środowiska
przyrodniczego, zwłaszcza gleby (Błaszak, Nowak 2006; Kucharski i in.2007).
Gleba jest naturalnym miejscem życia różnych grup mikroorganizmów m.in.
bakterii, grzybów, glonów, wirusów i pierwotniaków a także wielu zwierząt.
Umożliwia więc funkcjonowanie ekosystemów glebowych. Spełnia również
funkcje filtrujące i buforujące, które mają za zadanie zabezpieczać przed
nadmiernym przepływem niepożądanych substancji dla innych elementów
biosfery ( Kołwzan i in.2005)
Gleba stanowi główny element środowiska przyrodniczego, który jest
najbardziej narażony na działanie zanieczyszczeń występujących w środowisku.
Podlega dynamicznym zmianom pod wpływem czynników biotycznych i
abiotycznych (Alkorta i in., 2003;. Janvier i in., 2007; Nannipieri i in., 2003).
Chemikalia przedostające się do gleby podczas różnych zabiegów stosowanych
w rolnictwie stają się potencjalnym źródłem zagrożenia nie tylko dla naturalnej
mikroflory ale także roślin, zwierząt i ludzi.
Mikroorganizmy glebowe spełniają bardzo ważną rolę w procesach
glebotwórczych oraz w tworzeniu struktury gleby. Przekształcają ogromne ilości
związków organicznych i mineralnych, wzbogacając tym samym glebę w azot,
substancje wzrostowe, antybiotyczne i biologicznie czynne (Corstanje, Reddy
2006; Janvier i in.2007). Mikroorganizmy bytujące w glebie odgrywają również
znaczącą rolę w degradacji różnego rodzaju zanieczyszczeń m.in. pestycydów
przez co przyczyniają się do utrzymania odpowiedniej jakości gleby
(Chowdhury i in.2008). Ze względu na bardzo duże znaczenie drobnoustrojów
glebowych w przemianach biochemicznych jak również w cyklach krążenia
pierwiastków bardzo ważne jest poznanie oddziaływania biocydów na
aktywność enzymatyczną mikroorganizmów w glebie (Kieliszewska- Rokicka,
2001). Aktywność enzymatyczna jest parametrem wiernie odzwierciedlającym
stan środowiska glebowego, która może być uznawana za wskaźnik ogólnej
aktywności mikrobiologicznej (Alkorta i in. 2003; Nannipieri i in. 2003, KoperPiotrowska 2001). Enzymy glebowe są coraz częściej określane jako
biologiczne wskaźniki żyzności i urodzajności gleb, sygnalizujące zmiany
zachodzące w tym środowisku (Dick i in. 2000; Koper i in., 2004; TrasarCepeda i in. 1998). Pomiar aktywności enzymatycznej w glebie może być
wykorzystywany do monitorowania zdrowotności gleb (Alkorta i in. 2003,
Janvier i in. 2007) oraz ich zanieczyszczenia czynnikami antropogenicznymi
(Zahir i in. 2001). Dlatego też bardzo istotnym elementem jest ocena
oddziaływania środków chemicznych na właściwości biochemiczne gleby, a
zwłaszcza na aktywność enzymów w glebie, które są bardzo ważnym
wskaźnikiem bioróżnorodności gleby (Caldwell 2005, Sannino, Gianfreda 2001,
Trasar- Cepeda i in. 2000). Bioróżnorodność mikroorganizmów w glebie jest
ważnym elementem ze względu na utrzymywanie zdrowotności środowiska i
poprawę plonów roślin (Janvier i in.2007; Topp 2003). Zakłócenie działalności
mikroorganizmów glebowych może mieć wpływ na właściwości odżywcze
gleby.
Wprowadzane do gleby preparaty chemiczne mogą powodować wyraźne
zmiany aktywności enzymatycznej, których natężenie i kierunek zależy od
rodzaju zastosowanego środka, jego dawki, rodzaju gleby, a także czasu
działania ( Krzyśko- Łupicka 2008, Przybulewska, Nowak 2004).
W dotychczasowych badaniach nad wpływem środków ochrony roślin na
mikroorganizmy glebowe niektórzy autorzy stwierdzili istotne niekorzystne
działanie tych preparatów na liczebność i aktywność enzymatyczną gleby (Rola
i Kieloch 2001; Wyszkowska 2002; Wyszkowska i Kucharski 2004).
Jednak w dostępnej literaturze znane są również badania w których nie
zaobserwowano ujemnego działania pestycydu na liczebność wybranych grupy
drobnoustrojów. Pestycydy, jak tłumaczą autorzy, mogą wpływać odżywczo na
mikroorganizmy dostarczając im substancji odżywczych przez co nie działają
ujemnie na mikroorganizmy glebowe (Kaszubiak i Durski 2000; Michalcewicz
2001).
Wprowadzane do upraw rolniczych różnego rodzaju preparaty chemiczne
zasługują na szczególną uwagę, ze względu na ich toksyczność, zdolność do
kumulacji, a także trwałość w środowisku (Beyer, Biziuk 2007). Dlatego też
pestycydy i inne zanieczyszczenia chemiczne powinny podlegać monitoringowi
przez cały rok w celu ograniczenia ich negatywnego wpływu na środowisko
(Al.- Mutlaq 2006).
Literatura
1. Alkrota I., AizpuruaI A., Riga P., Albizu I., Amezaga I., Garbisu C., 2003, Soil
enzyme activities as biological indicators of soil health. Rev. Environ. Health. 18, 1:
65-73.
2. Al-Mutlaq K., 2006, Characteristics and alteration of pesticide residues in surface soils
of agricultural fields and public parks. Environ Geol 51: 493–497
3. Beyer A., Biziuk M., 2007, Methods of determination of residues of pesticides and
polychlorinated biphenyls in food samples- a review. Ecological Chemistry and
Engineering 14, Nr S3, 35- 58.
4. Błaszak M., Nowak A.,2006, Zmiany aktywności enzymatycznej drobnoustrojóa.
glebowych po zastosowaniu pestycydów. Zesz. Prob. Post. Nauk Rol.,515;299-308.
5. Brzeziński J. Seńczuk W. [red.] 2002. Toksykologia pestycydów, PZWL , Warszawa.
Environmental Risk Assessment Scheme for Plant Protection Products. 2003;
Guidance Document on Terrestial Ecotoxicology Under Council Directive
91/414/EEC , 2002.
6. Caldwell B.A. 2005. Enzyme activties as a component of soil biodiversity: A review.
Pedobiologia 49: 637-644.
7. Chowdhury A,, Pradhan S. Saha M. Sanyal N., 2008, Impact of pesticides on soil
microbiological parameters and possible bioremediation strategies. Indian J.
Microbiol. 48:114–127
8. Corstanje R., Reddy K.R., 2006, Microbial indicators of nutrient enrichment. Soil Soc.
Am. J. 70: 1652-1661.
9. Gołębiowska H., Rola H., 2007, Skutki fitotoksycznego oddziaływania herbicydów na
kukurydzę. Studia i raporty IUNG-PIB, 8:41-54.
10. Janvier C., VilleneuveI F., Alabouvette C., Edel-Hermenn V., Mateille T., Steinberg
C., 2007, Soil health through soil disease suppression: Which strategy from
descriptors to indicators? Soil Biol. Biochem. 39: 1-23.
11. Kaszubiak H., Durska G., 2000. Effect of Oxafun T seed dressing on bacteria in the
rhizosphere and non-rhizosphere soil. Pol. J. Env. St. 9/5 s. 397–401.
12. Kieliszewska-Rokicka B. 2001. Enzymy glebowe i ich znaczenie w badaniach
aktywności mikrobiologicznej gleby. W: Drobnoustroje środowiska glebowego, Red.
H. Dahm, A. Pokojska-Burdziej, UMK Toruń. s. 37-47.
13. Kołwzan B., AdamiakW.,Grabas., Pawełczyk A.,2005, Podstawy mikrobiologii w
ochronie środowiska,1.1, 1-3, 1.4.2, 13-15.
14. Koper J., Piotrowska A., 2001, Influence of long- term organic fertilization on the
enzymatic activity. Acta Agrophys. 52: 133- 140.
15. Koper J., Piotrowska A., Siwik-Ziomek A. 2004. Wartość enzymatycznego wskaźnika
żyzności w zależności od zróżnicowanego zmianowania i nawożenia gleby. Zesz.
Prob. Post. Nauk Rol., 501, 219-225.
16. Krzyśko- Łupicka T., 2008, Ecological effects of phosphoorganic herbicide on soil
diazotrophs in spring. Part II. Ecological Chemistry and Engineering. Vol. 15, nr 4, s.
595-602.
17. Kucharski J., Wyszkowska J., Borowik A., 2007, Liczebność drobnoustrojów w glebie
zanieczyszczonej herbicydem Granstar 75 WG. Ekotoksykologia w Ochronie
środowiska glebowego i wodnego, IUNG-PIB, Puławy.
18. Kucharski M., Badowski M., 2006, Pozostałości herbicydów w glebie i nasionach
gorczycy białej (Sinapis alba), Zeszyt 1: 89-94.
19. Łozowicka B. Bułatowicz A., 2009, Wybrane aspekty chemicznej ochrony zbóż i
rzepaku w północno-wszchodniej Polsce, Postępy w Ochronie Roślin, 49 (3) 2009
20. Maciaszek D, Gworek B., 2004Ocena srodków ochrony roślin w zakresie
bezpieczeństawadla środowiska. Zesz. Prob. Post. Nauk Rol. 499.
21. Menon P., Gopal M., Parsad R., 2005, Effects of chlorpyrifos and quinalphos on
dehydrogenase activities and reduction of Fe3+ in the soils of two semi-arid fields of
tropical India. Agric. Ecosyst. Environ.,108, 73-83.
22. Michalcewicz W. 2001, Wpływ wybranych herbicydów na biomasę i liczebność
drobnoustrojów w glebie. Rozpr. 200 AR Szczecin:92ss.
23. Nannipieri P., Ascher J., Ceccherini M.T., Landi L., Pietramellara G., Renella G.,
2003, Microbial diversity and soil functions. Eur. J. Soil Sci. 54: 655-670.
24. Przybulewska K., Nowak A.,2004, Wpływ chemicznych środków ochrony roślin na
aktywnośc enzymatyczna bakterii glebowych. Zesz. Prob.Post. Nauk Rol. 501: 375382.
25. Rola H., Kieloch R., 2001, Wpływ herbicydów na plonowanie, zdrowotność i skład
chemiczny nasion wybranych odmian łubinu białego i żółtego. Biul. Nauk. UW-M,
12: 47-55.
26. Sannino F., Gianfreda L., 2001, Pesticide influence on soil enzymatic activities.
Chemosphere 45, 417- 425.
27. Topp E., 2003, Bacteria in agricultural soils: Dicersity, role and future perspectives.
Can. J.Soil Sci.83: 303-309.
28. Trasar-Cepeda C., Leiros C., Gil-Sotres F. 1998. Towards a biochemical quality index
for soils. Biol. Fertil. Soils 26, 100–106.
29. Trasar-Cepeda, C., Leiros, M.C., Seoane, S., Gil-Sotres, F., 2000. Limitations of soil
enzymes as indicators of soil pollution. Soil Biology & Biochemistry 32, 1867–1875.
30. Wrzosek i in 2009 Wrzosek J., Gworek B., Maciaszek D., 2009, Ochrona środowiska i
zasobów naturalnych 39:75-88.
31. Wyszkowska J., 2002, Number of cellulolytic, ammonifying, nitrogen immobilizing
and Azotobacter sp. bacteria in soil contaminated with Treflan 480 EC. Pol. J. Natur.
Sci. 10,1:71-83.
32. Wyszkowska J., 2004, Właściwości mikrobiologiczne gleby zanieczyszczonej
herbicydem Triflurotox 250 EC. Acta Arg. Silv. ser. Agr. 42:463-473.
33. Wyszkowska J., Kucharski J., 2004, Biochemical and physiological properties of soil
contaminated with herbicide Triflurotox 250 EC. Pol. J. Environ. Stud., 13, 2: 223231.
34. Zahir Z.A., Atteeq ur Rehman Malik M., Arshad M., 2001, Soil enzymes research: a
review. J. Biol. Sci. 1, 5: 299-307.
35. Zalewski A., 2007, Ewolucja zużycia środków ochrony roślin w Polsce. Roczniki
Naukowe tom IX zesz.1:567-570.