Пестициды.

Пестициды без исключений являются ядами широкого спектра дей­ствия.

Обычно пестициды подразделяют следующим образом:

инсектициды — химические средства для борьбы с вредными насекомыми;

фунгициды — химические вещества для борьбы с грибковы­ми заболеваниями растений;

гербициды — химические вещества, применяемые для изби­рательного или полного уничтожения растительности;

родентициды — химические вещества, используемые для унич­тожения грызунов, главным образом крыс и мышей.

Пестицидами являются химические вещества, применяемые для уничтожения тех или иных вредных организмов. В зависимости от направления использования они подразделяются на несколько групп.

1. Гербициды (диурон, симазин, атразин, монурон и др.), использующиеся для борьбы с сорными растениями.

2. Альгициды (сульфат меди и его комплексы с алканоаминами, акролеин и его производные) - для борьбы с водорослями и другой водной растительностью.

3. Арборициды (каяфенон, кусагард, фанерон, ТХАН, трисбен, лонтрел и др.) - для уничтожения нежелательной древесной и кустарниковой растительности.

4. Фунгициды (цинеб, каптан, фталан, додин, хлорталонил, беномил, карбоксин) - для борьбы с грибковыми болезнями растений.

5. Бактерициды (соли меди, стрептомицин, бронопол, 2-трихлорметил-6-хлорпиридин и др.) - для борьбы с бактериями и бактериальными болезнями.

6. Инсектициды (ДДТ, линдан, дильрин, альдрин, хлорофос, дифос, карбофос и др.) - для борьбы с вредными насекомыми.

7. Акарициды (бромпропилат, дикофол, динобутон, ДНОК, тетрадифон) - для борьбы с клещами.

8. Зооциды (родентициды, ратициды, авициды, ихтиоциды) - для борьбы с вредными позвоночными - грызунами (мыши и крысы), птицами и сорной рыбой.

9. Лимациды (метальдегид, метиокарб, трифенморф, никлосамид) - для борьбы с моллюсками.

10. Нематоциды (ДД, ДДБ, трапекс, карбатион, тиазон) - для борьбы с круглыми червями.

11. Афициды - для борьбы с тлями.

К пестицидам относятся также химические средства стимулирования и торможения роста растений, препараты для удаления листьев (дефолиан­ты) и подсушивания растений (десиканты).

Собственно пестициды (действующие начала) - природные или чаще всего синтетические вещества, применяющиеся не в чистом виде, а в виде различных комбинаций с разбавителями и ПАВ. Известно несколько тысяч действующих веществ, постоянно используется около 500. Ассортимент их постоянно обновляется, что связано с необходимостью создания более эффективных и безопасных для людей и окружающей среды пестицидов, а также развитием у насекомых, клещей, грибов и бактерий резистентности при длительном применении одних и тех же пестицидов.

Основными характеристиками пестицидов являются активность по отношению к целевым организмам, избирательность действия, безопасность для людей и окружающей среды. Активность пестицидов зависит от их способности проникать в организм, передвигаться в нем к месту действия и подавлять жизненно важные процессы. Избирательность зависит от различий в биохимических процессах, ферментов и субстратов у организмов разных видов, а также от применяемых доз. Экологическая безопасность пестицидов связана с их избирательностью и способностью сохраняться какое-то время в среде, не теряя своей биологической активности. Многие пестициды токсичны для людей и теплокровных животных.

Химические соединения, применяемые в качестве пестицидов, относятся к следующим классам: фосфороорганические соединения, хлорпроизводные углеводороды, карбаматы, хлорфенольные кислоты, производные мочевины, амиды карбоновых кислот, нитро- и галогенфенолы, динитроанилины, нитродифениловые эфиры, галогеналифатические и алифатические кислоты, арилоксиалканкарбоновые кислоты, ароматические и гетероциклические кислоты, производные аминокислот, кетоны, пяти- и шестичленные гетероциклические соединения, триазины и др.

Применение пестицидов в сельском хозяйстве способствует повышению его продуктивности и снижению потерь, однако сопряжено с возможностью остаточного попадания пестицидов в продукты питания и экологической опасностью. Например, накопление пестицидов в почве, попадание их в грунтовые и поверхностные воды, нарушение естественных биоценозов, вредное влияние на здоровье людей и фауну.

Наибольшую опасность представляют стойкие пестициды и их метаболиты, способные накапливаться и сохраняться в природной среде до нескольких десятков лет. При определенных условиях из метаболитов пестицидов образуются метаболиты второго порядка, роль, значение и влияние которых на окружающую среду во многих случаях остаются неизвестными. Последствия неумеренного применения пестицидов могут быть самыми неожиданными, а главное, биологически непредсказуемыми. Поэтому за ассортиментом и техникой применения пестицидов установлен жесткий контроль.

Пестициды поражают различные компоненты природных систем: уменьшают биологическую продуктивность фитоценозов, видовое разнообразие животного мира, снижают численность полезных насекомых и птиц, а в конечном итоге представляют опасность и для человека. Подсчитано, что 98% инсектицидов и фунгицидов, 60 - 95% гербицидов не достигают объектов подавления, а попадают в воздух и воду. Зооциды создают в почве безжизненную среду.

Пестициды, содержащие хлор (ДДТ, гексахлоран, диоксин, дибензфуран и др.), отличаются не только высокой токсичностью, но и чрезвычайной биологической активностью и способностью накапливаться в различных звеньях пищевой цепи. Даже в ничтожных количествах пестициды подавляют иммунную систему организма, повышая, таким образом, его чувствительность к инфекционным заболеваниям. В более высоких концентрациях эти вещества оказывают мутагенное и канцерогенное действие на организм человека. Поэтому в последнее время наибольшее применение находят пестициды с низкими нормами расхода (5-50 г/га), распространение Мировое производство пестицидов около 5 млн. тонн. Возрастание объемов применения пестицидов объясняется тем, что экологически более безопасные альтернативные методы защиты растений недостаточно разработаны, особенно в области борьбы с сорняками. Все это обусловливает особую актуальность детального и всестороннего изучения и прогнозирования всевозможных изменений, возникающих в биосфере под влиянием этих веществ. Необходима разработка эффективных мероприятий по предупреждению нежелательных последствий интенсивной химизации, либо по управлению функционированием экосистем в условиях загрязнения.

Для повышения урожайности культурных растений в почву вносят неорганические и органические вещества, называемые удобрениями. В природном биоценозе господствует естественный круговорот веществ минеральные вещества, забираемые растениями из почвы, после отмирания растений снова возвращаются в нее. Если же в результате отчуждения урожая для собственного потребления или на продажу система нарушается, становится необходимым применение удобрений.

Удобрения подразделяют на минеральные, добытые из недр, или промышленно полученные химические соединения, содержащие основные элементы питания (азот, фосфор, калий) и важные для жизнедеятельности микроэлементы (медь, бор, марганец и др.), а также органические составляющие (перегной, навоз, торф, птичий помет, компосты и др.), способствующие развитию полезной микрофлоры почвы и повышающие ее плодородие.

Однако часто удобрения вносят в количествах, не сбалансированных с потреблением сельскохозяйственными растениями, поэтому они становятся мощными источниками загрязнения почв, сельскохозяйственной продукции, почвенных грунтовых вод, а также естественных водоемов, рек, атмосферы. Применение избыточных минеральных удобрений может иметь следующие негативные последствия:

- изменение свойств почв при длительном внесении удобрений;

- внесение больших количеств азотных удобрений приводит к загрязнению почв, сельскохозяйственной продукции и пресных вод нитратами, а атмосферы – оксидами азота. Все сказанное касается и фосфорных удобрений;

- минеральные удобрения служат источником загрязнения почв тяжелыми металлами. Избыточное вовлечение соединений азота в биосферу весьма опасно. Чтобы снизить негативные последствия, целесообразно использовать совместное внесение органических и минеральных удобрений (при уменьшении нормы минеральных и увеличении доли органических удобрений). Необходимо запрещать внесение удобрений по снегу, с самолетов, сбрасывать отходы животноводства в окружающую среду. Целесообразно разрабатывать формы азотных удобрений с небольшой скоростью растворения.

Для предотвращения загрязнения почв и ландшафтов различными элементами, в результате внесения удобрений, следует применять комплекс агротехнических, агролесомелиоративных и гидротехнических приемов в сочетании с интенсификацией природных механизмов очистки. К таким приемам можно отнести полезащитную агротехнику, минимальную обработку почв, совершенствование ассортимента средств химизации, мало - и микрообъемное внесение удобрений вместе с семенами, оптимизацию сроков и доз внесения. Кроме того, этому будет способствовать создание агролесомелиоративных систем и организация системы химического контроля за составом минеральных удобрений, содержанием тяжелых металлов и токсических соединений.

 

Наиболее важные экологические характеристики пестицидов — токсичность, устойчивость. Оба свойства взаимосвязаны. Прояв­ляется это в том, что вещество, вызывающее летальный исход, но неустойчивое во внешней среде, со временем может оказаться менее эффективным, чем вещество, обладающее сублетальным действием, но более устойчивое. Объясняется это тем, что у тако­го устойчивого, но не очень ядовитого вещества больше шансов включиться в пищевые цепи и превратиться в ходе метаболизма в более токсичную форму.

Установлено, что до 97—99% инсектицидов и фунгицидов, а также от 60 до 95 % гербицидов даже при строгом соблюдении всех правил попадают в почву, воздух и водоемы. Накапливаясь в окружающей среде, они по пищевым цепочкам в природных эко­системах могут многократно увеличивать свою концентрацию в ряде организмов растительного и животного происхождения. На­пример, в тканях некоторых рыб и птиц концентрация пестици­дов достигала величин, в десятки, и даже сотни тысяч раз превы­шающих содержание их в начале пищевой цепи. Сейчас в мире ежегодно регистрируется около полумиллиона случаев отравле­ния людей пестицидами.

До 1940 г. на рынке предлагалось лишь несколько десятков видов пестицидов. Многие из пестицидов первого поколения пред­ставляли собой нестойкие органические соединения, получен­ные на базе опасных для насекомых ядов, найденных в растени­ях. Например, порошок пиретрум, полученный из головок хри­зантем, использовался китайцами еще 2000 лет назад и исполь­зуется в настоящее время. Отличным инсектицидом является кофеин, который можно использовать для борьбы с табачными гусеницами. Другой тип промышленных пестицидов первого по­коления состоял из устойчивых неорганических соединений, по­лученных из токсичных металлов, таких, как мышьяк, свинец и ртуть.

Революция в деле борьбы с насекомыми-вредителями произо­шла в 1939 г., когда было обнаружено, что ДДТ (дихлородифенилтрихлорэтан), известный с 1874 г., является сильнодействую­щим инсектицидом. С 1945 г. химики разработали много вариантов таких синтетических органических химических веществ, извест­ных как пестициды второго поколения. Ежегодно в мире приме­няется около 2,5 млн. т пестицидов второго поколения: в среднем по 0,45 кг на одного жителя Земли. Около 85 % всех пестицидов используется в индустриальных странах, но их применение растет и в развивающихся странах (-20 %) — в косметических целях, для обработки ананасов, апельсинов, бананов, кофе и других экс­портных культур.

В первое время проникновению пестицидов в почву не прида­валось большого значения, однако позднее стали разрабатываться методы обнаружения распада пестицидов и их адсорбции в по­чвах. При изучении распада этих веществ, прежде всего, оценива­ют уменьшение концентрации исходного вещества и скорость этого процесса как время, необходимое для полной ликвидации веще­ства. Пестициды накапливаются в почве в результате диффузии в кристаллические решетки минералов (глин), при отложении их в гумусах и проникновении в полости частиц гумуса. Трудность установления длительности пребывания пестицидов в почве усу­губляется еще и тем, что наряду с известными путями проникно­вения пестицидов в почву имеются и такие источники, как дожди и туманы, которые мало изучены и плохо поддаются контролю. Концентрация пестицидов в тумане в 50—3 000 раз превосходит концентрацию их в газовой фазе.

Устойчивость отдельных представителей важнейших классов пестицидов в почвах может быть схематически охарактеризована рядом, показывающим ее снижение: хлорсодержащие углеводо­роды — от 2 до 5 лет; производные мочевины — от 2 до 18 меся­цев; карбаматы, сложные эфиры фосфорной кислоты — от 2 до 12 недель. Устойчивость рассматривается обычно как нежелатель­ное свойство пестицидов, особенно если они попадают в продук­ты питания, однако в некоторых случаях, например при борьбе с паразитами или болезнетворными организмами, обитающими в почве, определенная степень устойчивости оказывается абсолют­но необходимой по ряду чисто технических и экономических со­ображений.

Токсичность для какого-либо конкретного вида организмов обыч­но определяется как летальная доза (ЛД₅₀), равная 50%. Это — однократная доза вещества, достаточная для гибели 50 % экспе­риментальной лабораторной популяции. В природных условиях та же доза может привести к гибели большей доли популяции, по­скольку организмы испытывают дополнительный стресс от воз­действия различных внешних факторов. Тем не менее некоторые особи выживают и в этом случае. К сожалению, выжившие особи служат основой для становления устойчивых к пестицидам попу­ляций вредителей. (Во всяком случае среди насекомых с их корот­ким жизненным циклом формирование способности противосто­ять пестицидам и выходить из-под их контроля наблюдается очень часто.) Типичная реакция на подобные явления — это разработка новых пестицидов, что является делом дорогостоящим и, по мне­нию многих экологов, довольно бессмысленным, так как приво­дит к тем же самым результатам.

Большинство пестицидов открыто чисто эмпирически, мето­дом проб и ошибок или же в результате случайных наблюдений, поэтому не всегда известно, каким именно способом пестициды вызывают гибель тех или иных организмов. Токсичность для орга­низмов определенного пестицида может сильно варьировать. Так, летальная доза ДДТ для овцы (при расчете на единицу массы тела) больше, чем для крысы; у некоторых видов представители разных полов обладают различной чувствительностью к пести­цидам.

В связи с появлением в последнее время пестицидов нового поколения долгосрочные последствия длительного употребления препаратов даже в малых дозах изучены пока крайне слабо, как и возможные синэргетические эффекты при контактах их с други­ми загрязнителями или с переносчиками тех или иных заболева­ний. В настоящее время все более возрастает озабоченность по по­воду того, что «безвредные» следовые количества пестицидов (или продуктов их переработки), остающиеся в продуктах питания, хотя и не оказывают прямого токсического (не говоря уже о леталь­ном) воздействия, но тем не менее могут снижать устойчивость организмов к различным заболеваниям или же, переходя по пи­щевым цепям, накапливаться до опасных концентраций. В частно­сти, именно присутствие пестицидов (особенно так называемых ПХБ — полихлорбифенилов) в Северном море способствовало, по мнению многих ученых, быстрому распространению летом 1988 г. вирусного заболевания в популяции обыкновенного тюле­ня. В практике сельского хозяйства серьезные экономические про­блемы могут возникать при воздействии пестицидов не только на виды-вредители, но и на виды, являющиеся хищниками по отно­шению к данным вредителям.

Гербициды, основываясь на их воздействии на растения, мож­но подразделить на контактные, системные и стерилизаторы по­чвы:

контактные, например тиазины, уничтожают листву, нару­шая фотосинтез;

системные, например феноксиевые соединения (солвекс), заменители мочевины (диурон, фенурон) и другие азотсодер­жащие соединения, продуцируют излишние гормоны роста, де­ревья погибают, потому что не могут получить достаточное ко­личество питательных веществ для поддержания ускоренного роста;

стерилизаторы, например трифлуралин, дифенамид, бути-лат, дилапон, уничтожают в почве микроорганизмы, необходи­мые для роста растений.

Большинство гербицидов остаются активными лишь непродол­жительное время.

В настоящее время используется более тысячи различных ин­сектицидов, основная часть которых распределяется по устойчи­вости и продолжительности активного периода, в течение кото­рого они способны убивать насекомых, на четыре типа соедине­ний: хлорированные углеводороды, органофосфаты, карбаматы и пиретроиды. Большая часть этих химических веществ убивает на­секомых, причем не только тех, против которых они применяют­ся, путем нарушения их нервной системы.

Таким образом, применение различных видов пестицидов не­сет не только положительный эффект, но и превышающий его порой во много раз отрицательный (загрязнение подземных вод, рек, почвы и т.д.).

Утилизация отходов загрязнения

Классификация отходов