Vplyv NMP na pôdu, vodu a včelstvo
NMP nie je len nejaké neškodné rozpúšťadlo. O vplyve NMP na človeka už vieme pomerne dosť, tentokrát sme si posvietili na poľnohospodárstvo a znova sa vrátime k včelám.
V súvislosti s výstavbou závodu na výrobu batérií v Šuranoch sa často spomína chemická látka NMP. Pod touto skratkou sa skrýva organická zlúčenina N-metyl-2-pyrolidón, ktorá sa používa v širokom meradle v chemickom priemysle i poľnohospodárstve ako tzv. kosolvent, teda látka, ktorá znižuje polaritu vody a napomáha rozpúšťaniu iných látok. V rámci výroby batérií sa uplatňuje najmä v procese výroby elektród.
Akými cestami pôsobí NMP na životné prostredie a aké sú jeho priame i nepriame vplyvy na poľnohospodárstvo?
- Tvorba prízemného ozónu – vplyv na rastlinstvo
NMP patrí do skupiny prchavých organických látok známe pod skratkou VOC (z anglického volatile organic compound), ktoré sa ľahko odparujú a prispievajú k tvorbe prízemného ozónu cez fotochemické reakcie (VOC patria k tzv. prekurzorom prízemného ozónu).
Prízemný ozón výrazne zhoršuje kvalitu ovzdušia a okrem jeho škodlivých účinkov na zdravie človeka (dráždenie dýchacích ciest, zhoršenie astmy či bronchitídy) je dôležité spomenúť aj jeho negatívny vplyv na poľnohospodárstvo.
Prízemný ozón preniká do rastlín cez otvory na listoch – prieduchy, ktoré zabezpečujú výmenu plynov. Ozón vo vnútri rastliny reaguje s jej bunkovými štruktúrami (lipidmi, proteínmi, enzýmami), pričom vznikajú voľné kyslíkové radikály, ktoré poškodzujú chloroplasty, bunkové steny aj DNA. Poškodenie chloroplastov má za následok pokles tvorby cukrov v rastline, rastlina má menej energie na rast, kvitnutie a plodenie. Listy vädnú, žltnú, opadávajú, čím klesá efektívna listová plocha, potrebná na fotosyntézu.
Straty na výnosoch môžu dosahovať 10-30% v závislosti od úrovne znečistenia ovzdušia ozónom a citlivosti rastlinného druhu. K veľmi citlivým rastlinám na ozón patria fazuľa, tabak, šalát, pšenica, k odolnejším druhom radíme kukuricu, jačmeň, ihličnany.
Ako konkrétne ovplyvňuje prízemný ozón výnosy plodín?
Pri obilninách (napr. pšenica, kukurica) – kratšia vegetačná doba, menšie klasy, menej zŕn.
Pri ovocí a zelenine – menej plodov, deformácie, nižšia kvalita.
Pri listovej zelenine (šalát, špenát) – viditeľné poškodenia listov, škvrny, opadanie.
Často ide o „tichého škodcu“, nakoľko škody nemusia byť viditeľné okamžite a výsledok pôsobenia sa ukáže až pri zbere.
Okrem VOC sú prekurzormi prízemného ozónu aj oxidy dusíka (NOx), ktorých emisie pri I. fáze baterkárne budú dosahovať 136000 kg ročne! Na porovnanie, všetky stacionárne zdroje znečistenia ovzdušia v okrese Nové Zámky v roku 2023 vyprodukovali 93000kg NOx.
Zdroje:
https://www.nps.gov/subjects/air/nature-ozone.htm
https://www.epa.gov/ground-level-ozone-pollution/ecosystem-effects-ozone-pollution
https://scied.ucar.edu/learning-zone/air-quality/how-does-ozone-damage-plants
https://phys.org/news/2015-11-ground-level-ozone-maize-soybean-yields.html
https://www.frontiersin.org/journals/plant-science/articles/10.3389/fpls.2023.1244515/full
https://neisrep.shmu.sk/main_gui.php
2. Vplyv na včelstvo
Opeľovače sú nevyhnutné pre poľnohospodársku produkciu. Mnohé plodiny sú priamo závislé od opelenia hmyzom, predovšetkým včelami. Včely sú kľúčovými opeľovačmi, ktoré svojou činnosťou podporujú genetickú rozmanitosť rastlín a prispievajú k stabilite ekosystémov. Ochrana včely medonosnej by mala byť jednou z priorít pre poľnohospodárstvo, nakoľko v dôsledku používania pesticídov, znečistenia prostredia, zmeny klímy a straty prirodzených biotopov dochádza v posledných rokoch k výraznému poklesu počtu včiel v mnohých regiónoch sveta.
Jednou z látok, ktorá je súčasťou pesticídov respektíve sa vplyvom rôznych výrob dostáva do životného prostredia a je predmetom štúdií vplyvu na včelstvo je aj zlúčenina NMP. Tá je všeobecne považovaná za inertnú, čo v tejto súvislosti znamená, že za určitých podmienok je chemicky nereaktívna, stabilná a neovplyvňuje výsledok chemickej reakcie. To, že je inertná však neznamená, že nie je toxická. Práve naopak.
Štúdie zamerané na orálnu expozíciu včiel preukázali, že NMP predstavuje pri chronickej expozícii významné riziko pre včelie larvy. Je viac ako 20-krát toxickejší pre larvy ako pre dospelé včely, čo je spôsobené nižšou detoxikačnou schopnosťou lariev v porovnaní s dospelými včelami. Pri koncentráciách 100 mg/kg* (čo je 100 ppm) došlo k významnej úmrtnosti lariev počas 20-dňového obdobia. Pri koncentráciách 500 mg/kg* sa pozorovali negatívne účinky na zdravie včelích kolónií, vrátane zníženia hmotnosti kolónie a počtu vyliahnutých včiel. NMP je toxický pre včelie larvy pri koncentráciách už od 100 ppm, čo môže narušiť vývoj lariev a ovplyvniť reprodukciu včelích kolónií.
V rámci ďalšej štúdie bol toxický vplyv NMP na prežívanie lariev testovaný v siedmich rôznych koncentráciách (od 0,01% do 1%)**, pričom sa ukázalo, že s nárastom koncentrácie NMP rástla aj úmrtnosť lariev. Koncentrácia 1% NMP (10 000 mg/l) bola najtoxickejšia a spôsobila 100%-nú úmrtnosť do 24 hodín po aplikácii. Dokonca aj najnižšia koncentrácia 0,01% (100 mg/l) viedla k 50%-nej úmrtnosti lariev v priebehu 4 dní.
Výskumy dokazujú, že „inertné“ zložky môžu predstavovať významné riziko pre zdravie včiel, čo má potenciálne negatívny dopad na opeľovanie a biodiverzitu. Absencia hmyzích opeľovačov by spôsobila v rámci krajín EÚ 25 % pokles celkových úrod hmyzomilných plodín, pre Slovensko bola táto hodnota odhadnutá na 26,8%, predovšetkým vďaka vysokému zastúpeniu repky olejky na ornej pôde.
Do úvahy však treba brať aj skutočnosť, že zdrojom NMP nie je len poľnohospodárstvo, ale aj chemický priemysel, osobitne výroba lítiových batérií. Na ilustráciu si zoberme príklad z Maďarska, kde bolo v období medzi rokmi 2019 a 2022 v meste Göd vypustených do ovzdušia celkom 88 ton tohto fetotoxického rozpúšťadla. Vrchol emisií nastal v roku 2021, keď z bodových zdrojov znečistenia závodu uniklo 81 468 kg NMP.
Sme na takéto znečistenie so všetkými jeho následkami pripravení?
Zdroje:
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28858486
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28961741
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC3885384
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8889201
https://nasepole.sk/vcelarstvo-a-polnohospodarstvo
____________________________________________
*100 mg NMP na 1 kg nektáru; 500 mg NMP na 1 kg nektáru (Štúdia Fine JD, Mullin CA, Frazier MT, Reynolds RD. 2017. Field residues and effects of the insect growth regulator novaluron and its major co-formulant n-methyl-2-pyrrolidone on honey bee reproduction and development. J. Econ. Entomol. 110, 1993-2001.)
**Nominálna koncentrácia NMP v umelej výžive vo forme roztoku aplikovaného larvám in vitro (Zhu W, Schmehl D, Mullin C, Frazier J. 2014. Four common pesticides, their mixtures and a formulation solvent in the hive environment have high oral toxicity to honey bee larvae. PLoS ONE 9, e77547.)
3. Vplyv na vodné zdroje a vodné organizmy
Vplyv NMPnavodné organizmyavodné zdroje je pomerne dobre preskúmaný, keďže patrí medzi bežne používané chemikálie s environmentálnym rizikom. V prípade únikov z priemyslu (napr. výroba batérií) môže rýchlo kontaminovať povrchové aj podzemné vody.
Pri bežných koncentráciách v životnom prostredí nie je NMP akútne nebezpečný, jeho toxicita pre vodné organizmy závisí od koncentrácie a dĺžky expozície. NMP je považovaný za mierne toxický pre vodné organizmy, ako sú riasy, kôrovce a ryby. Letálnu koncentráciu (LC50) a efektívnu koncentráciu pre 50% populácie (EC50) ukazuje nasledovná tabuľka:
| N-metyl-2-pyrolidón (NMP) | |||
| Parameter | Hodnota | Doba expozície | Druh |
| LC₅₀ | 400–1000 mg/l | 96 hodín | Ryby (Oncorhynchus mykiss) |
| EC₅₀ | >1000 mg/l | 48 hodín | Kôrovce (Daphnia magna) |
| EC₅₀ | >500 mg/l | 72 hodín | Riasy (Desmodesmus subspicatus) |
Pri dlhodobej expozícii (nízke koncentrácie počas dní až týždňov) môže dôjsť k poškodeniu reprodukcie a vývoja lariev. Pozorovali sa subletálne účinky: zmeny v správaní, metabolizme a raste vodných živočíchov.
NMP je biologicky odbúrateľný, ale jeho odbúravanie vo vode je pomalšie ako v pôde. V aeróbnych podmienkach (za prítomnosti kyslíka) sa rozkladá rýchlejšie (jeho polčas rozpadu je 1–2 týždne), v anaeróbnych podmienkach (napr. v bahne, v hĺbke) jeho rozklad trvá dlhšie. Ak sa dostane do podzemných vôd, ťažko sa odstraňuje bežnými filtračnými technológiami. Je klasifikovaný ako potenciálne škodlivý pre ľudské zdravie pri požití – môže spôsobovať podráždenie, nevoľnosť, či dokonca ovplyvniť vývoj plodu. Jeho prítomnosť v pitnej vode môže predstavovať zdravotné riziko, preto je dôležité monitorovať jeho koncentrácie v environmentálnych vodách.
Zdroje:
https://www.chemicalbook.com/msds/n-methyl-2-pyrrolidone.htm
https://inchem.org/documents/cicads/cicads/cicad35.htm
https://nepis.epa.gov/Exe/ZyPDF.cgi/30003NKM.PDF?Dockey=30003NKM.PDF
https://link.springer.com/article/10.1007/s00128-004-0441-x
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/26877048
4. Vplyv na pôdu
NMP je vysoko rozpustný vo vode a má nízku adsorpciu na pôdne častice, preto sa z pôdy (najmä z ľahkej a piesčitej) ľahko vymyje do podzemných vôd. Môže sa šíriť vertikálne aj horizontálne, čo zvyšuje riziko kontaminácie väčšej oblasti.
Aj keď NMP nemá priamy fyzikálny vplyv na pôdnu štruktúru, jeho prítomnosť v pôde môže nepriamo ovplyvniť dostupnosť živín prostredníctvom svojich účinkov na pôdne mikroorganizmy a chemické interakcie v pôdnom roztoku (viď. tabuľka).
Tab.: Ako môže NMP ovplyvniť dostupnosť živín
| Mechanizmus | Typ vplyvu | Dôsledok |
| Toxický účinok na mikroorganizmy | Nepriamy, negatívny | Znížená mineralizácia a transformácia živín |
| Chemické interakcie | Nepriamy, potenciálne negatívny | Možné zmeny vo forme a mobilite živín |
| Zmeny pôdneho pH | Nepriamy, závislý od dávky | Ovplyvnená rozpustnosť niektorých prvkov |
Vo vyšších koncentráciách môže dočasne potlačiť pôdnu biotu a narušiť mikrobiálnu rovnováhu v pôde. Vplyvom NMP sa znižuje aktivita niektorých pôdnych baktérií a húb, čo ovplyvňuje rozklad organickej hmoty, fixáciu dusíka a tvorbu humusu.
NMP je biologicky odbúrateľný, najmä za aeróbnych podmienok. Polčas jeho rozpadu v pôde za prítomnosti aktívnej mikroflóry sa pohybuje rádovo v dňoch až týždňoch. V nepriaznivých podmienkach však môže pretrvávať dlhšie, čím sa zvyšuje jeho environmentálne riziko.
Zdroje:
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0964830514001309
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0959652624039015
https://echa.europa.eu/it/registration-dossier/-/registered-dossier/14900/5/3/4
https://nepis.epa.gov/Exe/ZyPDF.cgi/30003NKM.PDF?Dockey=30003NKM.PDF
https://nepis.epa.gov/Exe/ZyPDF.cgi/P100UPQV.PDF?Dockey=P100UPQV.PDF
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25768226
