Środki chemiczne w rolnictwie

Środki chemiczne w rolnictwie

Rolnictwo, oprócz łowiectwa i rybołówstwa, jest jedną z najstarszych form gospodarki człowieka. Przez wiele tysiącleci wspomagano produkcję płodów rolnych, stosując naturalne substancje dostępne człowiekowi. Wzrastająca gwałtownie liczba ludzi na Ziemi spowodowała konieczność intensyfikacji produkcji rolnej, a także magazynowania żywności. Nie można było tego dokonać bez pomocy chemii. Wiek XIX stał się początkiem nowoczesnej chemii rolnej.

Wkraczanie chemii do rolnictwa rozpoczęło się od nawozów i nawożenia. Rośliny do prawidłowego wzrostu i rozwoju wymagają oprócz światła, dwutlenku węgla i wody określonych składników mineralnych. Nawozy, czyli substancje powodujące bujniejszy wzrost roślin, stosowano już w starożytności. W Chinach i Japonii zasilano ziemię suszonymi odchodami ludzkimi, a w Grecji i cesarstwie rzymskim – obornikiem i popiołem. Na polach, na których rozsypywano takie wzbogacające substancje, rośliny rosły szybciej i osiągały większą masę.

Biologiczną rolę nawozów poznano dopiero w 1. połowie XIX wieku. Jean Baptiste Bous-singault, francuski chemik i fizjolog roślin, sformułował „prawo zwrotu”, według którego, aby gleba nie wyjałowiła się, konieczne jest zwracanie jej wszystkich składników pokarmowych pobieranych przez rośliny.

Nawozy są substancjami zawierającymi składniki pokarmowe konieczne do rozwoju roślin. Należą do nich: azot, potas, fosfor, wapń, magnez, siarka i mikroelementy. Stosowanie nawozów ma na celu zwiększenie plonów i polepszenie właściwości fizyczno-chemicznych gleb

Nawozy sztuczne

Wkrótce okazało się, że nawożenie naturalnymi nawozami (choć stosowane także i dzisiaj) nie nadąża za rozwojem rolnictwa. Nawozy naturalne (płynne i stałe odchody ludzkie i zwierzęce, kompost, odpady z przemysłu przetwórczego, popiół czy fragmenty roślin motylkowych) są niewygodne w składowaniu i transporcie. Trudno je także pozyskać w ilościach koniecznych do nawożenia wielkich pól uprawnych. Zwrócono więc uwagę na nawozy mineralne. Początkowo używano w tym celu substancji naturalnych. W roku 1810 zaczęto stosować saletrę chilijską. Mniej więcej w tym samym czasie powszechne stało się wykorzystywanie guana ptasiego (znanego już w państwie Inków). W latach następnych rozwinęła się produkcja mineralnych nawozów sztucznych. Jednym z pierwszych był superfosfat, produkowany w Wielkiej Brytanii od roku 1843.

Produkcja nawozów sztucznych wzrastała lawinowo, a ich stosowanie przynosiło coraz większe plony. Niestety, miało i ma również niekorzystne działanie. Do najgroźniejszych konsekwencji należy eutrofizacja wód.

Środki ochrony roślin

Choroby roślin i szkodniki upraw (głównie owady i gryzonie) towarzyszyły rolnikom od początku ich działalności. Znane jest powiedzenie, że człowiek żywi się tym, co zostawią owady. Z tego powodu do rolnictwa wprowadzono pestycydy. Mianem pestycydów, czyli chemicznych środków ochrony roślin, określa się dużą grupę związków (naturalnych lub syntetycznych), stosowanych w zwalczaniu chorób roślin, niszczeniu szkodników lub usuwaniu chwastów. Najstarszymi chemicznymi środkami ochrony roślin były substancje owadobójcze pochodzenia naturalnego. Już w początkach naszej ery stosowano w Chinach pyretrum. Jest to naturalny insektycyd (środek owadobójczy) o działaniu kontaktowym, otrzymywany z kwiatów niektórych gatunków złocieni uprawianych w rejonach o ciepłym klimacie. Pyretrum stosuje się do dzisiaj. Charakteryzuje się ono silnym działaniem owadobójczym; jest używane do zwalczania owadów w magazynach zbożowych.

Spustoszenia wyrządzone w uprawach rolnych przez szkodniki zmusiły ludzi do poszukiwania tanich i skutecznych środków ochrony roślin. Wynaleziono ich w XIX wieku wiele, jednak działały one również toksycznie na zwierzęta stałocieplne i człowieka. Rewolucją w tej dziedzinie miała być produkcja DDT, związku, którego istnienie stwierdził niemiecki chemik Zeidler już w roku 1874. Właściwości owadobójcze tej substancji odkrył dopiero w końcu lat trzydziestych naszego stulecia szwajcarski biochemik Paul Muller, za co przyznano mu w roku 1948 Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny. Próby praktyczne były tak obiecujące, że już podczas II wojny światowej DDT stosowano szeroko w rolnictwie oraz w akcjach sanitarnych.

Niestety, dość szybko okazało się, że DDT, choć stosunkowo mało toksyczny dla zwierząt stałocieplnych i człowieka, jest związkiem niezwykle trwałym, nie ulegającym degradacji. Charakteryzuje się poza tym zdolnością do biomagnifikacji, czyli zwiększania stężenia wzdłuż łańcucha pokarmowego. Oznacza to, że stosunkowo niewielkie stężenie tego związku w wodzie powiększa się wraz z kolejnymi poziomami troficznymi (odżywczymi), stwarzając zagrożenie dla ludzi. Z tego względu wycofano DDT z użycia w większości krajów. Polskim odpowiednikiem DDT był azotox, którego stosowania zaprzestano w 1976 roku.

Inną grupą pestycydów są herbicydy, czyli chemiczne środki chwastobójcze. Rolnictwo czekało na skuteczne możliwości zwalczania chwastów, niezwykle uciążliwych przy wszelkich uprawach i trudnych do wyplenienia. Herbicydy stanowią zróżnicowaną grupę związków chemicznych, które mogą działać kontaktowo, niszcząc tkanki roślinne w miejscu zetknięcia, lub układowo, to znaczy przenikając do wnętrza komórek. Herbicydy można stosować doglebowo lub dolistnie.

Powszechne użycie herbicydów doprowadziło do wielkiej zwyżki plonów, lecz także do zanieczyszczenia gleby i źródeł wody, do wyginięcia ptaków i drobnych zwierząt i do zagrożenia zdrowia ludzi. Szczególnie ponurą sławę zyskał herbicyd o nazwie orange agent („czynnik pomarańczowy”). Armia Stanów Zjednoczonych stosowała go w dużych ilościach w wojnie wietnamskiej do niszczenia liści roślin mogących stanowić osłonę dla nieprzyjaciela. Orange agent zawierał silnie trujące (obecnie zakazane w USA) składniki. Tysiące żołnierzy amerykańskich, którzy mieli z nim styczność, zachorowało na raka lub ich dzieci rodziły się z różnego rodzaju deformacjami.

Innymi chemicznymi środkami ochrony roślin są fungicydy, czyli środki grzybobójcze. Nowoczesne fungicydy odznaczają się dużą selektywnością – działają najczęściej na jedno ogniwo w procesie życiowym wybranych gatunków grzybów. Zwalczanie grzybów (organizmów rozpowszechnionych na całej kuli ziemskiej) jest niezwykle istotne, ponieważ wiele ich gatunków zmniejsza masę towarową i właściwości odżywcze produktów spożywczych przeznaczonych dla ludzi i zwierząt. Poza tym niektóre pleśnie wydzielają silnie trujące aflatoksyny. Rodentycydy, czyli związki chemiczne służące do zwalczania gryzoni, chronią zarówno pola uprawne, jak i już zebrane plony. Niestety, są one silnie toksyczne również dla innych ssaków i należy stosować je z dużą ostrożnością.

Wiele zbiorników wodnych, które dawniej były pięknymi jeziorami, uległo procesowi eutrofizacji, w wyniku czego wypłyciły się i przekształciły z czasem w bagna lub torfowiska

Pozytywne i negatywne skutki chemizacji rolnictwa

Zaletą chemizacji jest zwiększenie plonów przez wprowadzenie do gleby głównych składników pokarmowych i obniżenie strat w uprawach oraz magazynowaniu przez zwalczanie chorób i szkodników roślin. Niestety, przyczynia się ona także do skażenia gleby i wody środkami ochrony roślin, przyspieszenia eutrofizacji zbiorników wodnych, kumulowania się szkodliwych związków chemicznych w roślinach i zwierzętach, jak również do zatruwania pożytecznych zwierząt na polach, łąkach i w lasach.

Wielu uczonych uważa, że alternatywą dla chemizacji powinno być rolnictwo ekologiczne. Polega ono na bardzo wyważonym wzajemnym oddziaływaniu człowieka i przyrody oraz na zastąpieniu zwalczania różnego rodzaju szkodników związkami chemicznymi przez substancje biologiczne. Jest to metoda ochrony roślin, polegająca na czynnym wykorzystaniu żywych organizmów w celu zwalczania szkodników: do populacji zwalczanego szkodnika wprowadza się pasożytnicze lub drapieżne zwierzęta. Coraz większego znaczenia nabierają tak zwane biopreparaty, w których elementem czynnym są bakterie lub wirusy, uzupełniające lub zastępujące pestycydy.

Ograniczenie liczby szkodliwych owadów można uzyskać również, wprowadzając na teren przez nie opanowany dużą liczbę osobników uprzednio wysterylizowanych. Bardzo obiecujące wydaje się zastosowanie feromonów. Pułapki z feromonami umieszcza się w określonych miejscach uprawy i sukcesywnie niszczy zebrane tam szkodliwe owady. Metody zwalczania biologicznego nie są jeszcze zbyt rozpowszechnione. Przyszłość pokaże, czy wyprą stosowanie pestycydów.

Ryż zajmuje, po pszenicy, drugie miejsce w światowej uprawie zbóż. Tradycyjna uprawa jest bardzo pracochłonna. Obserwując chińskich czy wietnamskich chłopów, brodzących w błotnistej wodzie, możemy wyobrazić sobie początki rolnictwa