Химический способ занимает ведущее место в системе интегрированной защиты растений в сельском хозяйстве. Опасность пестицидов обусловлена их высокой биологической активностью, подвижностью в естественной среде (перемещение с воздушными потоками, природными водами, миграция по пищевым цепям, биологическим циклам) и способностью аккумулироваться и хранить токсичные свойства в течение длительного времени (например, остатки фосфорорганическими инсектицида тиофос было найдено в почве через 16 лет после применения).
Учитывая мировую тенденцию к постоянному росту объемов и разнообразия производства и применения пестицидов повышаются требования к их экологичности. Несмотря на то, что благодаря процедуре испытаний и регистрации пестицидов и агрохимикатов, определенной на законодательном уровне, накоплен достаточно широкий спектр первичных данных, это не позволяет прогнозировать поведение химикатов в естественной среде. К тому же, экологическую проблему загрязнения окружающей среды пестицидами осложняет отсутствие должного внимания к местам хранения некондиционных пестицидов - просроченных или запрещенных для использования Стокгольмской конвенции ООН о стойких органических загрязнителях. Хотя на сегодняшний день с территории Российской Федерации продолжается вывоз некондиционных пестицидов с целью их дальнейшего обезвреживания зарубежом, финансируемое Министерством экологии и природных ресурсов Российской Федерации из Федерального фонда охраны окружающей природной среды, следует помнить, что участок земли, где долгое время хранили ядохимикаты, превращается во вторичный источник загрязнения окружающей среды. Это указывает на необходимость детального изучения таких ячеек с целью предотвращения дальнейшего распространения загрязнителей.
Процесс миграции пестицидов в почве, перемещение их в системах почвы - смежных системам, а также их остаточное количество является результатом сложного взаимодействия ряда факторов. Их можно разделить на четыре основные группы:
· первая группа факторов определяется свойствами пестицидов;
· вторая группа характеризуется свойствами почвы и агрономическим факторами;
· третий включает в себя климатические условия;
· четвертая - режимы попадания химических средств защиты растений (см. Рис.3). Причем, для одних веществ определяющими будут физические факторы, как, например, испарения, для других - химическая или биологическая деструкция (так, основной путь разложения амидосульфурона - микробиологический).
Общим фактором, определяющим устойчивость почти всех без исключения пестицидов, является их способность адсорбироваться частичками почвы, потому что в адсорбированном состоянии они становятся малодоступными для микроорганизмов и слабо поддаются химическим превращениям.
Факторы, влияющие на процесс миграции пестицидов почве
Многочисленные исследования показывают прямую зависимость накопления токсичных веществ от содержания гумуса в почве из-за высокой сорбционной способности гуминовых веществ. Поэтому в плодородных структурированных почвах максимальная аккумуляция будет наблюдаться в верхнем пахотном слое, в то время как в почвах с низким содержанием гумуса концентрация загрязнителя мало отличаться по всему профилю, к тому же следует ожидать повышенный риск загрязнения грунтовых вод.
На рис.4 наглядно показана зависимость вертикального распределения остаточных концентраций ДДТ (пестицид, стойкий органический загрязнитель) и его метаболитов от содержания гумуса в профиле лугового почвы территории с умеренно-континентальным климатом, куда препарат ДДТ, еще до официального запрета, вносился в качестве средства защиты растений.
Рис. 4. Зависимость вертикального распределения ДДТ и его метаболитов от содержания гумуса в профиле лугового почвы
Из рисунков видно, что загрязняющие вещества распределяюсь по всему профилю, но больше всего их сосредоточено в верхнем горизонте (35-40 см) и незначительно возвышается над галечным слоем. Последний факт можно объяснить водным режимом: когда промывной режим не всегда сквозной, то периодическое промывание до определенной глубины приводить к накоплению токсикантов.
Для того, чтобы прогнозировать поведение органических загрязняющих веществ, необходимо учитывать, что после попадания в почву, дальнейшую их судьбу будут определять следующие процессы: адсорбция, химическая и биологическая трансформация, диффузный и конвективный перенос.
Источником попадания пестицида в почву может быть его систематическое внесение в агроценоз для регулирования урожайности, или вымывания из мест, сильно загрязненных химикатами (территории складов пестицидов и удобрений, места аварийных разливов). В обоих случаях осадки выступают инициатором перемещения, зато эвапорация не будет иметь существенного влияния в случае загрязненных мест с высокими концентрациями пестицидов на сравнительно небольших участках, поэтому ею можно пренебречь.
В почве химикаты адсорбируются частичками почвы, но поскольку процесс адсорбции (как и другие процессы массообмена) обратный, то через некоторое время, под влиянием комплекса факторов пестициды снова освобождаются (происходит десорбция), что приводит к разложению токсикантов на менее токсичные метаболиты, а они частично переходят на следующий этап. Эти метаболиты, в свою очередь, частично выводятся в смежные системы, а частично переходит на следующий этап, где разлагаются до нетоксичных соединений. Метаболиты первого порядка, которые образуются на разных стадиях, будут иметь примерно одинаковый состав, но не обязательно одинаковое количество. Будем считать, что метаболиты второго порядка выводятся из системы, потому что являются нетоксичными и не оказывать негативного влияния на окружающую среду. По такой схеме будет происходить преобразования пестицида.
В том случае, когда попадает столько пестицидов, сколько мажет быть детоксиковано почвой, то накопления препарата и его миграции, как правило, не происходит. Иначе, следует ожидать миграции и остаточного накопления. Поэтому, учитывая значительное количество воздействий, которым подвергаются токсиканты в естественных условиях, для эффективного прогнозирования их миграции необходимо обращаться не к простому физическому, а к математическому моделированию. Но существенным недостатком разработки моделей является то, что их создание значительно опережает тестирования, то есть отсутствуют достаточные и надежные данные проверки адекватности моделей.
Можно сказать, что наиболее точные результаты показывают полевые исследования. Они позволят получить данные с учетом целого комплекса факторов влияния. Для этого измеряются концентрации веществ в образцах почвы, взятых на разных глубинах и расстояниях, которые обеспечивают лучшую репрезентативность. Стоит принять во внимание, что применение полученных данных возможно исключительно для конкретных почвенных и климатических условий.
Изучение поведения загрязнителя в почве проводят также на имитационных моделях: в лабораторных условиях и в лизиметрах. Как правило, перенос результатов лабораторных экспериментов в реальных условиях имеют невысокую практическую ценность. Вместе с тем, лизиметрические исследования, имея ряд неточностей (отсутствие боковой миграции будут показывать повышенные концентрации загрязнителя, наличие пристеночного пространства ускорит водопроводимость) имитируют подвижность пестицидов, максимально приближенную к естественным условиям, а потому также позволяют анализировать точность математических моделей.
Грунт имеет большую поглощающую способность и характеризуется высокими буферными свойствами, поэтому малоустойчивые пестициды в небольших количествах, как правило, не влияют на ее биологическую активность и агрохимические свойства, чего, к сожалению, не скажешь о местах длительного хранения средств защиты растений. Здесь, при отсутствии надлежащего контроля за соблюдением безопасных условий хранения, наблюдается длительное загрязнение прилегающих к складам территорий. Накопление "безымянных" пестицидов в больших количествах в почве приводит к нарушению природных процессов. Так, может измениться набор микроорганизмов (аммонификаторив, целюлозорозкладаючих организмов и др.), и активность грунтовых ферментов (каталазы, инвертазы, протеазы, уреазы и др.). Поэтому ни одна из существующих моделей не может быть применена для прогноза поведения загрязнителей в местах, которые превратились на вторичные источники загрязнения окружающей среды.
Итак, на сегодняшний день остро стоит вопрос исследования поведения деструкции, накопления и миграции некондиционных пестицидов в почвах у складов их хранения даже после вывоза химикатов для дальнейшего уничтожения или утилизации. Это позволит принимать решения, нацеленные на предупреждение распространения ядохимикатов и их токсичных метаболитов, и на обеспечение экологически безопасных условий для живых организмов.
Учитывая актуальность обеспечения снижения экологической нагрузки на окружающую среду, проблема изучения миграции пестицидов в почве является чрезвычайно актуальной. Особое беспокойство вызывают места постоянного загрязнения, где пестициды накопились в больших количествах. Здесь меняется микрофлора, а потому процесс естественной деградации нарушается. Имеющиеся модели миграции могут быть применены только для агроценозов, поэтому стоит задача разработки действенной модели для прогнозирования перемещения пестицидов от источников постоянного загрязнения почвы.
Заключение
Современное ведение сельскохозяйственной практики неотъемлемо связано с использованием химических средств защиты растений. За последнее десятилетие видовой состав пестицидов резко увеличился, а объемы ежегодного использования опасных ядохимикатов в мировой практике в настоящее время достигает более 2 млн. т.
Одной из важнейших проблем современности является ухудшение экологического состояния окружающей среды в целом и почв в частности. Основным источником загрязнения почвы является внесение пестицидов. Известно, что средства химической защиты растений (пестициды) - вещества токсичные, однако их сознательно применяют для борьбы против возбудителей заболеваний, вредителей и сорняков. Большинство из них проявляет мутагенную, канцерогенную, тератогенную и аллергенную активность, поэтому вопрос их трансформации и биодеградации в агроэкосистемах является чрезвычайно актуальным.
Применение пестицидов является неотъемлемой составной частью современных технологий выращивания сельскохозяйственных культур, ведь потенциальные ежегодные убытки от вредных организмов, если не вести с ними борьбы, достаточно масштабные. Однако, защищая урожаи, следует думать и о последствиях. Особая нагрузка пестицидов проявляется при внедрении интенсивных технологий, которые зачастую не учитывают главные регламенты применения химических препаратов. Пестицидные нагрузки при выращивании культур в ряде случаев достигают значительных объемов, что непременно приводит к загрязнению окружающей среды и продукции растениеводства токсичными веществами. И, в числе загрязнителей природы на пестициды составляют лишь 20%, неграмотное их использование приводит к непредсказуемым последствиям.
Попадая в почву, пестициды меняются или разлагаются, в основном, в результате физико-химических и биохимических процессов, а также в результате микробной деструкции и поглощения высшими растениями. Но наиболее устойчивые и токсичные пестициды накапливаются в почве и опосредованно оказывают отрицательное воздействие на животный, растительный мир и на здоровье человека. Проблема массового загрязнения некондиционными пестицидами почв напрямую связана со снижением качества продукции растениеводства и ухудшением здоровья людей в Российской Федерации сегодня.
В настоящее время в Российской Федерации и мире являются перспективными исследования в области разработок новых, более эффективных методов ухода за сохранением почвенного покрова, борьбы с вредителями, рационального использования, сохранения и повышения ее плодородия, уменьшения антропогенного воздействия на почвы и уменьшение в нем пестицидов, агрохимикатов, сульфатов и тяжелых металлов.