Влияние пестицидов на живые организмы и окружающую среду

Пестициды

Пестициды – вещества, предназначенные для борьбы с животными и растениями-вредителями с целью повышения урожайности и сохранения материальных ценностей, созданных человеком. В отличие от других поллютантов, пестицидами умышленно обрабатывают окружающую среду для того, чтобы уничтожить некоторые виды живых организмов. Наиболее желательным свойством пестицидов, в этой связи, является избирательность их действия в отношении организмов-мишеней. Однако селективность действия подавляющего большинства пестицидов не является абсолютной, поэтому многие вещества представляют большую или меньшую опасность для человека. Основной риск, связанный с использованием пестицидов, обусловлен их накоплением в окружающей среде и биоте, перемещением по пищевым цепям, вплоть до человека. Достаточно часты случаи острого отравления пестицидами. Поскольку организмы «вредителей» адаптируются к действию химических веществ, во всем мире постоянно синтезируются и внедряются в практику десятки и сотни новых соединений. В качестве пести­цидов используют около 900 активных химических соединений, входящих в состав 60 тыс. препаратов. Ими обрабатывают более 4 млрд. га земли. В настоящее время в мире ежегодно применяют около 3,2 млн. т пестицидов (в среднем по 0,5 кг на одного жителя пла­неты).

По объектам применения пестициды разделяют на следующие основные группы:

акарициды - для борьбы с вредными клещами;

инсектициды- с вредными насекомыми;

моллюскоциды - моллюс­ками;

нематициды - нематодами;

родентициды - грызунами;

бак­терициды - для защиты растений от бактериальных болезней;

фун­гициды - от грибных болезней;

гербициды - для борьбы с сорными растениями;

десиканты - препараты для предуборочного подсуши­вания растений;

дефолианты - для удаления листьев;

репелленты - ­препараты для отпугивания вредных насекомых;

аттрактанты­ для привлечения насекомых;

хемостерилянты - для химической половой стерилизации насекомых;

феромоны - вещества, продуци­руемые насекомыми, или их синтетические аналоги для воздей­ствия на особей другого пола;

регуляторы роста растений - веще­ства, влияющие на рост и развитие растений;

ретарданты - для торможения роста растений;

поверхностно-активные вещества, адъюванты - добавки к гербицидам, усиливающие их действие.

Большую часть средств защиты растений составляют гербици­ды. В Европе на их долю приходится 55-70 % общего объема пес­тицидов. В общем объеме загрязнителей биосферы Земли пести­циды занимают 8-9 места. Это определяет высокую экологичес­кую опасность пестицидов для экосистем суши и здоровья человека. По данным ООН, ежегодно почти у 1 млн. человек реги­стрируют отравления пестицидами, из них около 40 тыс. человек погибают, что составляет 2,6 % общего числа погибших от отрав­лений химическими соединениями.

В России пестицидами было обработано в 1991 г. 45 млн. га сельскохозяйственных угодий, в 1998 г. - 25,5, в 2000 г. - ­32,6, в 2002 г. - 33,4 млн. га. Из них гербицидами обработано 54 % угодий, инсектицидами – 35%, фунгицидами - 11 %. В 2001-2002 гг. объемы применяемых пестицидов составили 20-25 тыс. т.

Среди химических средств защиты растений наибольшей ток­сичностью по отношению к теплокровным животным и человеку отличаются инсектициды, а наименьшей – гербициды.

Структура некоторых пестицидов представлена на рисунке 15.

Рисунок 15. Структура некоторых пестицидов

Влияние пестицидов на живые организмы и окружающую среду

Поступление пестицидов в экосистемы происходит при прове­дении химических обработок против вредных организмов, в ре­зультате испарения с поверхности почвы или растений, со сто­ками с полей, при утечке во время хранения и транспортировки и т. д. В момент применения пестицидов 70-90 % их попадает в почву. Остаточные количества пестицидов угнетают почвенную биоту, оказывают отрицательное последействие на культурные ра­стения, попадают в поверхностные и подземные воды. Загрязняя воду, почву, продукты питания, химические препараты, в силу своей токсичности опасны для человека и окружающей среды. У че­ловека они вызывают хронические заболевания и острые отрав­ления, врожденные аномалии развития, детскую смертность и т. д. Более половины применяемых пестицидов относятся к мутагенам.

Длительное время токсичности пестицидов уделялось мало внимания. Первый Международный симпозиум по загрязнению пестицидами окружающей среды и их влиянию на природу состо­ялся в Англии в 1965 г.

Применение пестицидов осложняет­ся их следующими основными свойствами.

1. Тенденция накапливаться в живых организмах. Такой способ­ностью обладают многие пестициды, например, ДДТ и ртутьорга­нические соединения. В некоторых случаях пестициды не только накапливаются в организме в количестве большем, чем в окружаю­щей среде, но и их концентрация возрастает по мере продвижения по пищевым цепям (см. биомагнификация). По мере возрастания содержания в теле остаточных ко­личеств пестицидов позвоночные располагаются в следующем по­рядке: растительноядные – всеядные – хищные виды.

Одним из лучших и надежных показателей загрязнения обшир­ных территорий хлорорганическими пестицидами является чис­ленность хищных и рыбоядных птиц. Применение даже неболь­ших доз хлорорганических инсектицидов вызывает истончение и повышенную ломкость скорлупы яиц с последующим снижением численности появляющихся на свет птенцов дневных хищных птиц (пустельга, кобчик, сокол-сапсан, луни, черный коршун, те­теревятник, перепелятник и др.). В яйцах хищных птиц хлорорга­нических соединений содержится в 5-6 раз больше, чем в яйцах врановых. При высоком загрязнении окружающей среды пести­цидами вначале исчезают дневные хищники, рыбоядные и около­водные птицы (скопа, серая цапля, выпь, поганка, кулики, чайки и др.), затем всеядные (исключая врановых) и, наконец, насеко­моядные и растительноядные виды.

В водоемах хорошим индикатором загрязнения хлорорганичес­кими соединениями являются моллюски, хищные рыбы, которые накапливают их в своем теле до 2500 мг/кг, что в 100-125 тыс. раз может превышать концентрацию препаратов в воде. При этом растительноядные рыбы содержат их в 10 раз меньше, чем хищные.

ДДТ служит примером биологически усиливающегося пести­цида. Когда в организм животного попадает ДДТ с водой, остатка­ми обработанных растений или насекомыми, которые питались такими растениями, он концентрируется в жировых тканях, так как растворим в жирах. Из жировых тканей ДДТ выводится очень медленно. Если какой-то другой организм в пищевой цепи поеда­ет первый, то он в этом случае поглощает уже более высокую дозу ДДТ. В частности, при содержании ДДТ в воде 5· 10^-5 млн^-1 его концентрация в планктоне водоема составит 4 · 10^-2 млн^-1, мелкой рыбе – 2-12·10^-1 млн^-1, крупной хищной рыбе – 1-2 млн^-1, питающейся рыбой птице - 3-76 млн^-1.

2. Способность пестицидов продолжительно сохраняться в по­чве или на культурных растениях после обработки. Хлорирован­ные углеводороды, такие, как ДДТ, и пестициды, содержащие мышьяк, свинец или ртуть, относятся к группе устойчивых, они не разрушаются за время одного вегетационного сезона. Время разложения очень стойких химических веществ на нетоксичные компоненты составляет более 2 лет, стойких – 0,5-2 года, умеренно стойких – 1-6 месяцев, малостойких – менее 1 месяца. Период полужизни у ДДТ, например, может достигать 20 лет.

Гербициды симазин, атразин полностью не разлагаются в по­чве в течение одного вегетационного периода, их остатки сохра­няются в почве несколько лет. Аминная соль 2,4-Д практически полностью разлагается в почве в течение одного сезона вегета­ции. T₅₀ современных гербицидов (время, за ко­торое разлагается половина препарата) составляет в среднем 16­-46 суток, фунгицидов – 55-284 суток, инсектицидов – 55 суток, акарицидов – 11-13 суток.

3. Приобретение вредителями, возбудителями болезней и сорня­ками устойчивости к пестицидам. Устойчивость организма к пес­тициду, или резистентность, – это биологическое свойство орга­низма сопротивляться отравляющему действию пестицида, спо­собность выживать и размножаться в присутствии химического вещества, которое раньше подавляло это развитие. При много­кратном воздействии пестицидов подавляются нормальные чув­ствительные формы популяции и выживают резистентные формы, которые получают преимущество и становятся доминирующей частью популяций. Выявлена резистентность у 91 вида фитопато­генов к 40 фунгицидам, у семи видов грызунов к родентицидам, у более 50 видов сорных растений к гербицидам.

Явлению резистентности вредных организмов присущи следу­ющие отрицательные факторы:

• понижение эффективности пестицидов (например, эффек­тивность пиретроидных препаратов против доминирующих вре­дителей снизилась с 83 до 18-56);

• повышение численности и вредоносности фитофагов (хлоп­ковой совки в 3 раза, колорадского жука в 5 раз, плодовых кле­щей в 11 раз);

• трансформация ранее отсутствовавших второстепенных вред­ных организмов в доминирующие. Так, обработки против кло­па-черепашки на зерновых колосовых выработали резистент­ность у сопутствующих клопов, которая в 15-20 раз выше, чем у основного вредителя. Все это приводит к необходимости увеличе­ния кратности химических обработок, повышению концентрации применяемых пестицидов, что, в свою очередь, приводит к увели­чению их остаточных количеств в окружающей среде.

Кроме того, развитие устойчивости у насекомых поставило под угрозу успешное использование пестицидов для борьбы с насеко­мыми-переносчиками заболеваний. Например, комары стали невосприимчивы к ДДТ. В последнее время снова наблюдается рост числа заболеваний малярией.

Инсектициды

В Список пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к приме­нению на территории Российской Федерации (2002, 2003), вклю­чены около 130 инсектицидов для борьбы с вредными насекомы­ми. Большинство разрешенных к применению инсектицидов по санитарно-гигиеническим нор­мативам относится к первому классу опасности.

По масштабам производства и числу выпускаемых препаратов для борьбы с вредителями первое место занимают синтетические пиретроиды (СП). Это синтетические аналоги пиретринов – ве­ществ, содержащихся в цветках сложноцветных рода Пиретрум. В РФ разрешены к применению около 40 СП, основу которых со­ставляют 13 действующих веществ.

СП – инсектициды контактного и кишечного действия. Большинство применяемых СП относятся к производным замещенных циклопропанкарбоновых кислот или 3-метилбутановой (изовалериа­новой) кислоты. При попадании в организм животных и человека действуют на нервную систему, нарушая процесс обмена К, Na и Са в пресинаптической мембране аксонов, что приводит к выде­лению излишнего количества ацетилхолина, сильному возбужде­нию с последующим параличом. У некоторых СП обнаружены он­когенное действие, эмбриотоксичность, тератогенная активность (сумицидин). Дельтаметрин и фенва­лерат вызывают хромосомные аберрации в клетках костного мозга мышей. Кумулятивные свойства у СП выраже­ны слабо, исключение составляют сумицидин, децис (коэффици­ент кумуляции соответственно 2,5 и более 3). СП почти нерастворимы в воде. Период полураспада составляет 7-9 дней. Основными метаболитами СП являются продукты их гидролиза (3-феноксибензойная и соответствующие карбоновые кислоты), которые выделяются у млекопитающих с мочой в свободном виде и в виде конъюгатов. LD₅₀ СП (крысы, перораль­ное введение) составляет 22-450 мг/кг.

В целом СП отличаются невысокой стоимостью, сравнительно низкими нормами расхода, малой токсичностью в отношении микроорганизмов, значительной эффективностью. Однако при многолетнем применении у многих вредителей вырабатывается устойчивость к ним, что приводит к увеличению кратности обра­боток и загрязнению окружающей среды.