English
Herbicydy są nieodłączną częścią nowoczesnego rolnictwa i będą stosowane w coraz większych ilościach z powodu wzrostu zapotrzebowania na żywność, rozwoju produkcji biopaliw i pojawiania się nowych szkodników, związanych ze zmianą klimatu. Niestety, poprzez spływ powierzchniowy łatwo trafiają do wód, gdzie wywierają negatywny wpływ na żyjące tam organizmy. Herbicydy i ich wpływ na ekosystemy wodne to zagadnienie, które nabiera coraz większego znaczenia w kontekście ochrony środowiska. Zrównoważone wykorzystanie środków chemicznych w rolnictwie jest koniecznością, ale co dzieje się, gdy te substancje dostają się do wód? Czy są zagrożeniem dla ekosystemów i żyjących tam organizmów?
Czym są herbicydy?
Herbicydy, obok m.in. insektycydów i fungicydów, zalicza się do grupy chemicznych środków ochrony roślin, nazywanych powszechnie pestycydami. Słowo „herbicydy” ma swoje źródło w połączeniu łacińskich słów „herba” (roślina) i „caedere” (zabijać). Zostały one zdefiniowane przez „Weed Science Society of America” jako substancje chemiczne i organizmy kulturowe stosowane do zwalczania lub hamowania wzrostu roślin, w tym patogeny używane do kontrolowania chwastów.
W literaturze powszechnej stosuje się uproszczenie tej definicji i przyjmuje się, że są to tylko związki chemiczne eliminujące chwasty. Czym zatem są chwasty? To rośliny, które rywalizują z roślinami uprawowymi o światło słoneczne, wodę i składniki odżywcze, więc rolnicy szukają sposobów, by je kontrolować. Środki ochrony roślin mogą być stosowane przed lub po wschodach roślin uprawnych oraz być selektywne lub nieselektywne (np. glifosat). Klasyfikuje się je także według grup roślin, na których są używane, oraz budowy chemicznej. Mechanizm działania herbicydów polega na zakłócaniu procesów, takich jak fotosynteza czy działanie enzymów. Międzynarodowy komitet ds. odporności chwastów (HRAC) przypisuje im litery alfabetu, oznaczające konkretne mechanizmy działania.
Produkcja pestycydów na świecie znacząco wzrosła po II wojnie światowej, z około 500 tys. t rocznie w latach 50. XX w. do ponad 3 mln t rocznie na początku XXI w. W 2021 r. Unia Europejska zanotowała sprzedaż pestycydów na poziomie 355 tys. t. Dane Eurostatu potwierdzają umiarkowany wzrost o 2,7 proc. w porównaniu z rokiem poprzednim. Herbicydy dominują na rynku środków ochrony roślin, odpowiadając za 44 proc. udziału (przychód ze sprzedaży na poziomie 27,4 mld dolarów). Na szczycie tego rankingu, sporządzonego przez portal Ag News, jest glifosat, który – pomimo licznych kontrowersji – wciąż pozostaje numerem jeden na świecie, stanowiąc około 21 proc. całkowitego rynku herbicydów.
Herbicydy wpływają negatywnie na środowisko wodne
Ekosystemy wodne to złożone układy biotyczne, obejmujące różne grupy organizmów. Herbicydy wpływają na te ekosystemy zarówno bezpośrednio, w sposób wynikający z ich fizjologicznego działania na organizmy, jak i pośrednio, co wynika z ekologicznych interakcji między gatunkami [1].
Bezpośredni wpływ herbicydów jest zależny głównie od stężenia substancji chemicznych, ale także od etapu rozwojowego organizmów, na które oddziałują (młode osobniki są bardziej podatne niż dojrzałe), czasu trwania ekspozycji oraz obecności dodatkowych stresorów, chociażby innych pestycydów. Na przykład, przytoczony wcześniej glifosat oraz herbicydy na jego bazie są toksyczne dla mikroorganizmów wodnych, takich jak bakterie, glony i pierwotniaki. Ale także w odniesieniu do organizmów wyższego rzędu, takich jak owady, skorupiaki, mięczaki, płazy czy ryby, obserwowano szereg negatywnych efektów bezpośrednich wywołanych przez te związki.
Są to zaburzenia w reprodukcji i rozwoju, uszkodzenia DNA, wpływ na układ odpornościowy, stres oksydacyjny, obniżona zdolność do radzenia sobie ze stresem, zmiany w sposobie odżywiania oraz zachowaniach godowych. Te zmiany mogą zagrażać ich przetrwaniu. Dodatkowo herbicydy podlegają bioakumulacji, czyli mają tendencję do gromadzenia się w tkankach roślin i zwierząt, a to z kolei prowadzi do znacznego wzrostu ich stężenia w organizmach na wyższych poziomach łańcucha pokarmowego, między innymi u ludzi [1,2,3].
Herbicydy wywierają także pośredni wpływ na różne gatunki, modyfikując relacje między nimi oraz ze środowiskiem abiotycznym. Producenci pierwszego rzędu (glony i rośliny wyższe) są najbardziej narażeni na negatywne skutki ich działania. Spadek liczebności populacji autotrofów prowadzi do ograniczenia bazy pokarmowej roślinożerców, co wpływa na spadek ich liczebności. W badaniach prowadzonych przez profesora deNoyelles i jego współpracowników [4] nad wpływem herbicydu atrazyny na ekosystemy słodkowodne (na przykładzie stawów) zaobserwowano, że zmniejszenie biomasy fitoplanktonu spowodowało zahamowanie wzrostu i reprodukcji gatunków zooplanktonu: Simocephalus serrulatus i Daphnia pulex. Efekty te rozprzestrzeniają się na drapieżniki zależne od roślinożerców (np. spadek liczebności populacji leszcza Lepomis macrochirus), co wykazano w kolejnych badaniach [1, 4].
Z drugiej strony, herbicydy mogą wywoływać konkurencję między gatunkami producentów pierwszego rzędu i sprzyjać rozwojowi tych bardziej odpornych na ich działanie. Może to prowadzić do zakwitów glonów po ustąpieniu bardziej wrażliwych na herbicydy makrofitów. Potwierdzają to na przykład badania zespołu profesora van der Bricka z Holandii, gdzie po zastosowaniu linuronu obserwowano znaczący spadek liczebności moczarki delikatnej Elodea nuttallii oraz zakwity glonów Chlamydomonas sp. [1, 5].
Ponadto herbicydy przyczyniają się pośrednio także do znacznej redukcji stężenia tlenu rozpuszczonego w wodzie i zmiany jej odczynu, czyli ogólnego pogorszenia jakości wód, co ma negatywny wpływ na wszystkie organizmy wodne. Istnieje kilka czynników, które katalizują występowanie tego zjawiska, takich jak zmniejszenie ilości organizmów produkujących tlen oraz znaczny wzrost stężenia związków chemicznych powstających w procesach rozkładu roślin i glonów.
Przeciwdziałajmy!
Zapewnienie bezpiecznego stosowania herbicydów jest priorytetowe dla zminimalizowania ich negatywnego wpływu na ekosystemy wodne. Kluczowe są wybór odpowiedniego środka, właściwe dawkowanie i unikanie warunków atmosferycznych nieodpowiednich do ich aplikowania.
W kontekście inicjatywy „od pola do stołu”, Unia Europejska dąży do redukcji stosowania chemicznych pestycydów o połowę do 2030 r., w tym tych szkodliwych dla zdrowia i środowiska. Państwa członkowskie mogą włączyć narzędzia i zachęty finansowe do swoich Planów Strategicznych Wspólnej Polityki Rolnej na lata 2023-2027, aby wspierać alternatywne metody kontroli chwastów. Odpowiedzialne postępowanie w rolnictwie jest kluczowe dla osiągnięcia celów produkcyjnych przy minimalnym wpływie herbicydów na ekosystemy wodne. Pamiętajmy o naszej roli w trosce o zdrowie Ziemi.
mgr inż. Daria Pęziak-Kowalska – absolwentka Uniwersytetu Medycznego w Poznaniu oraz Wydziału Technologii Chemicznej Politechniki Poznańskiej. Zdobyła doświadczenie badawcze jako kierownik projektu NCN w obszarze “Hybrydowe procesy usuwania związków bioaktywnych z układów wodnych”. Obecnie pełni rolę technologa i zajmuje zapewnienie jakości produktu. Jest także ekspertką Komisji Europejskiej i aktywną popularyzatorką nauki. Hobbystycznie sprawdza możliwości wykorzystania technologii informatycznych w naukach przyrodniczych.
W artykule korzystałam m.in. z prac:
[1] Sánchez-Bayo F., van den Brink P.J., Mann R.M., 2011. Ecological Impacts of Toxic Chemicals, Bentham Science Publishers, https://doi.org/10.2174/97816080512121110101
[2] Schafer R.B., van den Brink P.J., Liess M., 2011. Impacts of Pesticides on Freshwater Ecosystems. [w:] Sánchez-Bayo F., van den Brink P.J., Mann R.M. (ed.) Ecological Impacts of Toxic Chemicals, pp: 111-137 (27). https://www.eurekaselect.com/chapter/690
[3] Rumschlag S.L., Mahon M.B., Hoverman J.T., Raffel T.R., Carrick H.J., Hudson P.J., Rohr J.R., 2020. Consistent effects of pesticides on community structure and ecosystem function in freshwater systems. Nat Commun 11, 6333. https://doi.org/10.1038/s41467-020-20192-2
[4] DeNoyelles F., Kettle W.D., Sinn D.E., 1982. The Responses of Plankton Communities in Experimental Ponds to Atrazine, the Most Heavily Used Pesticide in the United States. Ecology, 63, 5: 1285-1293.
[5] van den Brink P.J., Blake N., Brock T.C.M., Maltby L., 2006. Predictive value of species sensitivity distributions for effects of herbicides in freshwater ecosystems. Hum Ecol Risk Assess; 12: 645-674.
