Πολλοί ερασιτέχνες κηπουροί χρησιμοποιούν χαλκό για να προστατεύσουν τα λαχανικά ή τα οπωροφόρα δέντρα τους από ασθένειες.
Αυτό το μέταλλο χρησιμοποιείται επίσης στη βιολογική γεωργία, αλλά οι χρήστες του δεν γνωρίζουν πάντα τις επιπτώσεις.
Τι γίνεται με την επίδρασή του στη βιολογική δραστηριότητα των εδαφών;
Ως μυκητοκτόνο φυσικής προέλευσης, ο χαλκός χρησιμοποιείται στη γεωργία για πάνω από έναν αιώνα, κυρίως για την καταπολέμηση του περονόσπορου στα αμπέλια – εξ ου και το όνομά του «μείγμα Μπορντό».
Η χρήση του έχει σταδιακά επεκταθεί στη δενδροκομία, την κηπουρική και τις καλλιέργειες αγρού· πλέον χρησιμοποιείται τόσο στη βιολογική όσο και στη συμβατική γεωργία, όπου αποτελεί εναλλακτική λύση στα συνθετικά φυτοπροστατευτικά προϊόντα.
Ο χαλκός (Cu), μέλος της οικογένειας των βαρέων μετάλλων, αποτελεί αντικείμενο διαμάχης λόγω των πιθανών επιπτώσεών του στην υγεία και το περιβάλλον. Το 2025, ο Γαλλικός Οργανισμός για την Υγεία και Ασφάλεια των Τροφίμων, του Περιβάλλοντος και της Επαγγελματικής Υγείας και Ασφάλειας (ANSES) επανεκτίμησε προϊόντα που περιέχουν χαλκό και ενίσχυσε τις οδηγίες χρήσης τους. Αλλά τι γνωρίζουμε πραγματικά για τις επιπτώσεις του στη ζωή στο έδαφος;
Η προέλευση του χαλκού στα εδάφη μας
Ο χαλκός είναι ένα φυσικό ιχνοστοιχείο που βρίσκεται στο έδαφος , με συγκεντρώσεις που ποικίλλουν ανάλογα με τη φύση του μητρικού πετρώματος. Μπορεί επίσης να προέρχεται από φυσικές πηγές, όπως η ατμοσφαιρική εναπόθεση που προκύπτει από τη διάβρωση των πετρωμάτων, τις ηφαιστειακές εκρήξεις ή τις δασικές πυρκαγιές. Επίπεδα από 10 έως 30 mg Cu/kg εδάφους (ή ppm) θεωρούνται γενικά φυσικά.
Σε αυτές τις δόσεις, ο χαλκός είναι ένα απαραίτητο ιχνοστοιχείο για την ορθή λειτουργία των ζωντανών οργανισμών. Στα φυτά, παίζει ρόλο στις διαδικασίες της φωτοσύνθεσης και της αναπνοής. Στα ζώα, συμμετέχει σε πολυάριθμες βιολογικές λειτουργίες, όπως η ορθή λειτουργία του ανοσοποιητικού συστήματος και η προστασία από το οξειδωτικό στρες.
Ο χαλκός στο έδαφος προέρχεται επίσης από ανθρώπινες δραστηριότητες. Οι βιομηχανικοί και μεταλλευτικοί τομείς, οι μεταφορές, ιδίως τα ντιζελοκίνητα οχήματα, καθώς και η αποτέφρωση αποβλήτων, συμβάλλουν επίσης στην εναπόθεση χαλκού στην ατμόσφαιρα.
Στα γεωργικά εδάφη , κατά μέσο όρο, η διασπορά ζωικής κοπριάς είναι η κύρια πηγή χαλκού: αντιπροσωπεύει το 53% της συνολικής ετήσιας ποσότητας. Αυτό οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στη χρήση συμπληρωμάτων ζωοτροφών πλούσιων σε χαλκό σε ορισμένες εντατικές κτηνοτροφικές εκμεταλλεύσεις για την προώθηση της ανάπτυξης των ζώων.
Τα φυτοπροστατευτικά προϊόντα που χρησιμοποιούνται για την καταπολέμηση ασθενειών έρχονται σε δεύτερη μοίρα, αντιπροσωπεύοντας το 34% της συνολικής ετήσιας ποσότητας. Συγκεντρωμένα σε μικρότερες εκτάσεις, ιδίως σε αμπελώνες, συμβάλλουν σε σημαντικές τοπικές συσσωρεύσεις.
Οι συγκεντρώσεις χαλκού ποικίλλουν σημαντικά ανάλογα με το πλαίσιο και τις εφαρμοζόμενες γεωργικές πρακτικές. Οι πιο εκτεθειμένες περιοχές είναι επομένως οι αμπελουργικές περιοχές. Συγκεντρώσεις που υπερβαίνουν τα 100 ppm ερμηνεύονται γενικά ως ένδειξη υψηλών επιπέδων ανθρωπογενούς μόλυνσης.
Το αμπέλι ως δείκτης
Ο χαλκός είναι ένα σχετικά ακίνητο στοιχείο στο έδαφος. Τείνει να συσσωρεύεται στους επιφανειακούς ορίζοντες, όπου μπορεί να παραμείνει για μεγάλο χρονικό διάστημα.
Οι αμπελώνες αποτελούν ένα ιδιαίτερα καλό παράδειγμα αυτού του φαινομένου με την πάροδο του χρόνου. Ορισμένα αγροτεμάχια έχουν υποστεί επεξεργασία για πάνω από έναν αιώνα. Στις αρχές του 20ού αιώνα, οι εφαρμογές μπορούσαν να φτάσουν έως και 50 κιλά ανά εκτάριο ετησίως. Στη συνέχεια τέθηκαν σε ισχύ κανονισμοί, επιτρέποντας πιο ελεγχόμενη εφαρμογή. Σήμερα, η μέγιστη επιτρεπόμενη δόση είναι 4 κιλά χαλκού ανά εκτάριο ετησίως.
Πολλοί αμπελουργοί, έχοντας επίγνωση της ανάγκης διατήρησης του εδάφους τους, καταφέρνουν να μειώσουν τις ποσότητες που εφαρμόζονται. Παρά ταύτα, παραμένει δύσκολο να εξαλειφθούν αυτές οι εφαρμογές για τον έλεγχο των επιπτώσεων των ασθενειών, ιδίως στη βιολογική γεωργία όπου απαγορεύονται τα συνθετικά προϊόντα.
Σήμερα, η μέση συγκέντρωση χαλκού στα γαλλικά γεωργικά εδάφη είναι 13 ppm. Για τα γαλλικά εδάφη αμπελώνων, η τιμή είναι κοντά στα 70 ppm, αλλά τα παρατηρούμενα επίπεδα ποικίλλουν σημαντικά ανάλογα με το ιστορικό των αγροτεμαχίων .
Επιδράσεις στους γεωσκώληκες
Οι γεωσκώληκες , εμβληματικοί οργανισμοί του εδάφους, συγκαταλέγονται στα είδη που μελετήθηκαν για την αξιολόγηση των επιδράσεων του χαλκού. Μια μετα-ανάλυση 30 επιστημονικών δημοσιεύσεων υπογραμμίζει τις επιπτώσεις στην επιβίωση και την αναπαραγωγή τους, αν και με πολύ υψηλή μεταβλητότητα μεταξύ των μελετών.
Κατά μέσο όρο, προβλήματα αναπαραγωγής παρατηρούνται σε συγκεντρώσεις 94,6 ppm και άνω, ενώ συγκέντρωση στο έδαφος 113 ppm οδηγεί σε υψηλή θνησιμότητα. Τέτοια επίπεδα παραμένουν σπάνια σε γεωργικά εδάφη, αλλά μπορούν να παρατηρηθούν σε ορισμένους αμπελώνες με ιστορικές πρακτικές που έχουν οδηγήσει σε σημαντικές συσσωρεύσεις, που υπερβαίνουν τα 100 ppm.
Άλλες μελέτες σε νηματώδη και ελατήρια δείχνουν ότι αυτοί οι οργανισμοί του εδάφους γενικά ανέχονται καλά τις εισροές χαλκού. Οι πρώτες επιπτώσεις στα νηματώδη εμφανίζονται μόνο σε επίπεδα έκθεσης που ισοδυναμούν με περίπου 750 φορές την ετήσια επιτρεπόμενη δόση, ενώ η αναπαραγωγή των ελατηρίων επηρεάζεται μόνο σε περίπου 100 φορές αυτή τη δόση.
Μάλλον ανθεκτικοί μικροοργανισμοί
Οι μικροοργανισμοί φαίνεται επίσης να είναι σχετικά ανεκτικοί στη συσσώρευση χαλκού στα εδάφη.
Ερευνητές από το UniLaSalle μελέτησαν γεωργικά εδάφη από λιβάδια και καλλιέργειες μεγάλης κλίμακας στη βορειοδυτική Γαλλία, των οποίων η ιστορία είναι καλά τεκμηριωμένη. Συλλέχθηκαν δείγματα εδάφους και χρησιμοποιήθηκαν ως έχουν, χωρίς να αλλοιωθούν τα χαρακτηριστικά τους. Οι ερευνητές πρόσθεσαν χαλκό στο έδαφος σε συγκεντρώσεις 2 ppm, που αντιπροσωπεύουν μια εισροή κοντά στην ετήσια κανονιστική δόση, και 200 ppm, προσομοιώνοντας υψηλή μόλυνση του εδάφους. Στη συνέχεια, παρακολούθησαν τη δραστηριότητα των μικροοργανισμών του εδάφους με την πάροδο του χρόνου μετρώντας ορισμένα ένζυμα που υποδεικνύουν τη λειτουργία τους.
Το αποτέλεσμα: ακόμη και σε υψηλές συγκεντρώσεις, η προσθήκη χαλκού δεν έδειξε σημαντική επίδραση στη δραστηριότητα αυτών των μικροοργανισμών. Οι μύκητες, ωστόσο, φαίνονται πιο ευαίσθητοι από τα βακτήρια. Αλλά δεν αντιδρούν όλες οι μυκητιακές κοινότητες με τον ίδιο τρόπο σε υψηλές συγκεντρώσεις χαλκού. Γι’ αυτό είναι δύσκολο να οριστεί μία μόνο συγκέντρωση στην οποία διαταράσσεται το οικοσύστημα.
Η δυσκολία επίτευξης συναίνεσης σχετικά με τις επιπτώσεις του χαλκού πηγάζει από το γεγονός ότι η συνολική ποσότητα χαλκού που υπάρχει στο έδαφος δεν αντιστοιχεί απαραίτητα στην ποσότητα που είναι πραγματικά διαθέσιμη στους οργανισμούς. Πράγματι, ο χαλκός μπορεί να υπάρχει σε διαφορετικές χημικές μορφές, με ποικίλους βαθμούς βιοδιαθεσιμότητας , γεγονός που περιπλέκει την αξιολόγηση των επιπτώσεών του στους ζωντανούς οργανισμούς.
Χαλκός σε όλες τις μορφές του
Κάποιος χαλκός συνδέεται ισχυρά με οργανική ύλη ή ορυκτά συστατικά, όπως άργιλους ή ανθρακικά άλατα, καθιστώντας τον σταθερό και λιγότερο διαθέσιμο. Αντίθετα, ο χαλκός που διαλύεται στο εδαφικό διάλυμα , ιδιαίτερα στην ελεύθερη μορφή του Cu²⁺, είναι δυνητικά αφομοιώσιμος από τους οργανισμούς.
Αυτή η βιοδιαθεσιμότητα εξαρτάται από διάφορες παραμέτρους. Για παράδειγμα, όσο πιο όξινο είναι το έδαφος (χαμηλό pH), τόσο πιο κινητός είναι ο χαλκός και τόσο πιο εύκολα διαθέσιμος είναι στους οργανισμούς. Επιπλέον, τα εδάφη πλούσια σε οργανική ύλη ή ανθρακικά άλατα τείνουν να ακινητοποιούν τον χαλκό, καθιστώντας τον λιγότερο προσβάσιμο. Σε αυτό το πλαίσιο, οι χρήστες των οποίων τα εδάφη εμφανίζουν αυτά τα χαρακτηριστικά έχουν ισχυρό κίνητρο να αντιμετωπίσουν αυτούς τους παράγοντες. Η διαχείριση της οξύτητας, για παράδειγμα με την εφαρμογή ασβεστόλιθου ή μάργας, βοηθά στον περιορισμό της κινητοποίησης του χαλκού. Ομοίως, οι πρακτικές που προάγουν τον εμπλουτισμό με οργανική ύλη, όπως η φύτευση καλλιεργειών κάλυψης , βοηθούν στη σταθεροποίηση μέρους του χαλκού.
Επομένως, δύο οικόπεδα που περιέχουν συγκρίσιμες ποσότητες χαλκού μπορούν να έχουν πολύ διαφορετικές επιπτώσεις στους ζωντανούς οργανισμούς. Για να κατανοήσουν καλύτερα αυτούς τους κινδύνους, οι ερευνητές στρέφονται σε βιοδείκτες: οργανισμούς ικανούς να αποκαλύψουν το επίπεδο μόλυνσης που είναι πραγματικά προσβάσιμο στους ζωντανούς οργανισμούς. Μεταξύ αυτών, το χερσαίο σαλιγκάρι θα μπορούσε να διαδραματίσει πολύτιμο ρόλο . Τρεφόμενο και ζώντας σε επαφή με το έδαφος, συσσωρεύει μέρος του χαλκού που υπάρχει στο περιβάλλον του. Η ανάλυση των ιστών του θα καθιστούσε έτσι δυνατή την αξιολόγηση της πραγματικής μεταφοράς χαλκού εντός των οικοσυστημάτων.
Βακτήρια και φυτά για τη διάσωση μολυσμένων εδαφών;
Για αρκετά χρόνια, η έρευνα διερευνά τη χρήση μικροοργανισμών για τον περιορισμό των επιπτώσεων του χαλκού στα πιο μολυσμένα εδάφη. Ορισμένα βακτήρια ( όπως το Methylosinus trichosporium ή το Bacillus subtilis ) είναι σε θέση να δεσμεύουν και να αποθηκεύουν χαλκό στα κύτταρά τους, γεγονός που βοηθά στη μείωση της τοξικότητάς του. Αυτό ονομάζεται βιοαπομόνωση.
Μια άλλη προσέγγιση περιλαμβάνει τη χρήση αυτών των βακτηρίων για να βοηθήσουν τα φυτά να εξάγουν χαλκό από το έδαφος, μια διαδικασία που ονομάζεται φυτοαποκατάσταση. Για παράδειγμα, βακτήρια όπως το Pseudomonas putida εκκρίνουν μόρια που καθιστούν τον χαλκό πιο προσβάσιμο στις ρίζες. Αυτό επιτρέπει στα φυτά να απορροφούν περισσότερο χαλκό, ο οποίος με τη σειρά του τον απομακρύνει σταδιακά από το έδαφος. Η βιοαποκατάσταση φαίνεται επομένως να είναι μια πολλά υποσχόμενη στρατηγική για τη μείωση της μόλυνσης του εδάφους.
Τα φυτά μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για τον περιορισμό της μεταφοράς χαλκού στις υδάτινες οδούς. Τα σχέδια που ενσωματώνουν υδρόβια φυτά (μακρόφυτα) αποτελούν μια αποτελεσματική λύση. Χάρη στο πυκνό ριζικό τους σύστημα, αυτά τα φυτά παγιδεύουν μολυσμένα σωματίδια και μειώνουν την κινητικότητα ιχνοστοιχείων όπως ο χαλκός στην απορροή, μειώνοντας έτσι τη ρύπανση έως και 45%. Αυτά τα συστήματα βλάστησης συμβάλλουν έτσι στην προστασία της ποιότητας των επιφανειακών και υπόγειων υδάτων μειώνοντας τους ρύπους στην πηγή.
Σε επιτρεπόμενες δόσεις, ο χαλκός φαίνεται συμβατός με τη λειτουργία του εδάφους. Ενώ παραμένουν αβεβαιότητες, που συνδέονται με την ποικιλομορφία των καταστάσεων και τη δυσκολία ορισμού καθολικών κατωφλίων, οι παρατηρούμενες επιδράσεις παραμένουν περιορισμένες υπό τις τρέχουσες συνθήκες χρήσης. Η επαγρύπνηση επικεντρώνεται κυρίως μακροπρόθεσμα, λόγω της συσσώρευσής του και της μεταβλητής συμπεριφοράς του ανάλογα με τον τύπο του εδάφους. Η συνετή χρήση παραμένει απαραίτητη και μπορούν να εξεταστούν λύσεις φυτοαποκατάστασης σε εδάφη όπου η συσσώρευση χαλκού φτάνει σε υπερβολικά υψηλά επίπεδα.
Guillemette Garry – Enseignante chercheure en biologie option phytopathologie, associée à l’Unité de recherche Aghyle, UniLaSalle
Isabelle Trinsoutrot Gattin – Directrice Unité de recherche Agroécologie, UniLaSalle
Marc Legras – Directeur des Formations – UniLaSalle, UniLaSalle
Quentin Bordier – Rédacteur scientifique
