Откуда в земле мышьяк и почему его так много на рисовых полях
Мышьяк — это природный химический элемент, который есть буквально везде: в горных породах, почве, воде и даже в воздухе. Он входит в состав земной коры и попадает в почву в результате естественного разрушения горных пород на протяжении миллионов лет. В обычной сухой почве он крепко удерживается минералами (в основном соединениями железа) и в воду почти не попадает. Это не промышленный загрязнитель и не следствие химических удобрений: мышьяк был в почве всегда, просто в связанном состоянии, где он не представляет угрозы.
Но на рисовых чеках поле заливают водой, и химия почвы меняется. В воде быстро кончается кислород, который потребляют бактерии, и в почве начинаются другие химические реакции. В отсутствие кислорода микробы начинают расщеплять соединения железа и мышьяка, мышьяк высвобождается и переходит в воду, которая пропитывает почву.
Образно говоря, затопленное поле буквально «отжимает» мышьяк из минералов в воду — и именно эту воду потом пьют корни риса.
Концентрация мышьяка в почвенной воде при затоплении может вырасти в десятки раз по сравнению с сухим состоянием. При этом уровень загрязнения сильно зависит от региона: в некоторых частях Южной и Юго-Восточной Азии — особенно в Бангладеш, Индии и Вьетнаме — мышьяка в почве и грунтовых водах изначально больше из-за геологических особенностей местности.
Почему рис — чемпион по всасыванию мышьяка
Рис эволюционировал в условиях постоянного затопления и за тысячи лет приспособился очень эффективно поглощать воду и всё, что в ней растворено. Для этого в корнях риса есть специальные белки-транспортёры — своего рода молекулярные насосы, которые активно закачивают внутрь кремний. Кремний для риса важен: он укрепляет стебли и защищает растение от болезней. Проблема в том, что мышьяк по своей химической структуре очень похож на кремний — и те же самые насосы захватывают его вместе с полезным элементом. Корень не умеет отличать нужное от вредного: он просто качает всё, что растворено в воде и подходит по форме молекулы.
Именно поэтому рис впитывает мышьяк в 10 раз активнее, чем пшеница или кукуруза. Пшеница растёт на сухих полях, где мышьяка в почвенной воде и так меньше, — и у неё нет эволюционной необходимости в таких мощных насосах для поглощения воды. Рис же буквально создан для того, чтобы работать в затопленной среде: его корни непрерывно фильтруют через себя огромные объёмы воды — и вместе с кремнием и питательными веществами захватывают мышьяк.
Попав внутрь корня, мышьяк не остаётся на месте: он движется дальше, вверх по растению, и постепенно накапливается в зерне. Это не случайность: растение транспортирует питательные вещества из корней в зерно, чтобы обеспечить будущее семя элементами, необходимыми для прорастания. Мышьяк просто попадает в зёрна вместе с питательными веществами.
Бурый рис против белого
Когда мышьяк добирается до зерна, он распределяется внутри него неравномерно. Основная его часть оседает во внешних слоях — в оболочке зерна, которую называют отрубями. Это та самая коричневатая плёнка, которая остаётся на буром рисе и снимается при производстве белого. Именно здесь концентрируется большая часть мышьяка, попавшего в растение.
Отсюда и разница во вредности:
Белый рис проходит шлифовку — оболочка с него снимается, и вместе с ней уходит значительная часть мышьяка.
Бурый рис остаётся в оболочке — а значит, сохраняет и мышьяк.
Мышьяк накапливается не только в самом рисе, но и во всём, что из него делают. Рисовые хлопья, рисовые крекеры и рисовое молоко содержат мышьяк в концентрациях, сопоставимых с цельным зерном. Это важно знать тем, кто перешёл на безглютеновую диету: рис и рисовые продукты часто становятся её основой, и человек незаметно для себя начинает потреблять мышьяк в значительно больших количествах, чем раньше.
Но это не повод отказываться от бурого риса. Концентрация мышьяка в нём остаётся в пределах, которые считаются безопасными при умеренном потреблении. Риск возникает не от одной тарелки, а от многолетнего ежедневного употребления больших количеств — особенно в регионах, где рис составляет основу рациона. Бурый рис по-прежнему богат клетчаткой, витаминами и минералами, которых в белом почти нет.
Как учёные решают проблему: вода, кремний и умный полив
Самое очевидное решение — изменить способ полива. Традиционно рисовые поля держат затопленными весь сезон: так исторически сложилось, и фермеры не меняют то, что работает. Но учёные разработали альтернативу: метод попеременного увлажнения и подсушивания, который по-английски называется AWD (Alternate Wetting and Drying). Суть простая: полю периодически дают подсохнуть, а потом снова заливают водой. Когда почва подсыхает, в неё возвращается кислород — мышьяк снова связывается с минералами железа и перестаёт переходить в воду.
Исследования показывают, что AWD снижает концентрацию мышьяка в почвенной воде в 8–16 раз в зависимости от температуры, а содержание мышьяка в самом зерне при этом уменьшается примерно в 1,5 раза. Европейские данные это подтверждают: при грамотном применении AWD урожайность не страдает, а концентрация мышьяка в зерне падает на 40%. Бонус — метод экономит до 30% воды, что особенно важно в засушливых регионах, где воды и так не хватает.
Второй подход работает на уровне химии корня. Помните молекулярные насосы, которые захватывают мышьяк вместо кремния? Если добавить в почву больше кремния, насосы переключаются на него — и мышьяка в растение попадает меньше. Считается, что совместное внесение кремния и железа снижает накопление мышьяка в зерне на 25–27%. А если добавить к этим элементам полезные микроорганизмы, содержание мышьяка в зерне можно уменьшить на 52%. Два метода — AWD и внесение кремния — можно комбинировать, и тогда эффект становится ещё заметнее.
Но есть одна проблема: знать о решении и применять его — разные вещи. AWD требует специального оборудования для контроля уровня воды и понимания того, когда именно давать полю подсыхать. Внесение кремния — дополнительных затрат и агрономических знаний. Для миллионов мелких фермеров в Южной и Юго-Восточной Азии, которые выращивают рис так же, как это делали их деды, это реальный барьер. Решения существуют, они проверены и работают — но между лабораторией и полем по-прежнему лежит долгий путь.
Общая доля полей с технологией AWD занимает пока 10–15% в мире. В наши дни циклический полив и осушение уже широко применяются во Вьетнаме и постепенно внедряются в Японии, Китае и Индии.
Тест "Мышьяковый насос"
Почему в сухой почве мышьяк обычно не опасен?
Комментарии