Удобрения: вред или польза?

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 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.

Фото: ILO Truong Van Vi / flickr.com

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, писали («Химия и жизнь 2017 №5»), 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 (N­-нитрозосоединения 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 какое-­то 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 smartkitchen.by.

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