Пестицидные загрязнения

Содержание

Введение

Пестициды. Общие сведения

Классификация пестицидов

Применение пестицидов

Поведение пестицидов в почве

Пестициды как загрязняющий фактор

Разложение пестицидов

Выявление загрязнения почв

Последствия применения пестицидов

Защита почв от загрязнения

Заключение

Список литературы

Введение

Мы привыкли так часто  употреблять фразы типа "Земля - наше главное богатство" или "Земля - наша мать кормилица", что порой  и не задумываемся об их истинном значении.

А ведь плодородные земли, подаренные человеку, - это действительно  сокровище, не менее, а даже более  ценное, чем угольные пласты, нефтяные залежи, золотые жилы.

Поэтому защита и сохранение среды, в которой мы живет - это  задача номер один человечества.

На сегодняшний день в  мире существует много экологических  проблем, начиная от исчезновения некоторых  видов растений и животных, заканчивая угрозой вырождения человеческой расы.

На данный момент в мире существует много теорий, в которых  большое внимание уделяется нахождению наиболее рациональных путей их решения.

Но, к сожалению, на бумаге все оказывается значительно  проще, чем в жизни.

Во многих странах проблема экологии стоит на первом месте, но, увы, не в нашей стране, по крайней  мере, раньше.

Но сейчас ей начинают уделять  все больше внимания, принимаются  новые экстренные меры.

Пестициды. Общие сведения

Пестициды – это в основном органические соединения с малым молекулярным весом и различной растворимостью в воде. Химический состав, их кислотность  или щелочность, растворимость в  воде, строение, полярность, величина и  поляризация молекул – все  эти особенности вместе или каждая в отдельности оказывает влияние  на процессы адсорбции-десорбции почвенными коллоидами. Принимая во внимание названные  особенности пестицидов и сложный  характер связей в процессе адсорбции-десорбции  коллоидами они могут быть разделены  на два больших класса: полярные и неполярные, а не вошедшие в  эту классификацию, например, хлорорганические инсектициды – на ионные и неионные.

Пестициды, которые содержат кислотные  или основные группы, либо ведут  себя при диссоциации как катионы, составляют группу ионных соединений. Пестициды, не обладающие ни кислой, ни щелочной реакцией составляют группу неионных соединений.

На характер химических соединений и способность почвенных коллоидов  к адсорбции и десорбции оказывает  влияние: природа функциональных групп  и групп замещения по отношению  к функциональным группам и степень  насыщенности молекулы. На адсорбцию  молекул пестицидов почвенными коллоидами значительное влияние оказывает  характер молекулярных зарядов, причем определенную роль играет полярность молекул. Неравномерное распределение  зарядов увеличивает диссиметрию  молекулы и ее реактивность.

Почва в основном выступает в  качестве преемника пестицидов, где  они разлагаются и откуда постоянно  перемещаются в растения или окружающую среду, либо в качестве хранилища, где  некоторые из них могут существовать много лет спустя после внесения.

Классификация пестицидов

К пестицидам (от лат. реstis - зараза, caedo - убиваю) относится комплекс химических препаратов, предназначенных для борьбы с животными и растениями - это различные инсектициды, гербициды, фунгициды и т.п. Подобные вещества в больших количествах поступают почти во все экосистемы.

В зависимости от характера  использования пестициды разделяются  на следующие группы:

Гербициды - для борьбы с  сорными растениями

Альгициды - для уничтожения  водорослей и другой водной растительности

Арборициды - для уничтожения  нежелательной древесной и кустарниковой 

растительности

Фунгициды - для борьбы с  грибными болезнями растений

Бактерициды - для борьбы с бактериями и•бактериальными болезнями

Инсектициды - для борьбы с вредными насекомыми

Акарициды - для борьбы с  клещами

Зооциды - для борьбы с  грызунами

Лимациды - для борьбы с  моллюсками

Нематоциды - для борьбы с  круглыми червями

Афициды - для борьбы с  тлями

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

Применение пестицидов

Применение пестицидов резко  снижает потери урожаев сельскохозяйственных культур, сокращает затраты в  сельском хозяйстве в 2-3 раза, позволяет  ежегодно экономить сельскохозяйственную продукцию на 10-12 млрд.р.

Высокая экономическая эффективность  пестицидов обусловливает неуклонный рост масштабов их применения. Годовое  производство пестицидов в мире к  настоящему времени превысило 2 млн.т; мировой ассортимент пестицидных  препаратов насчитывает более 100 тыс. наименований на основе более чем 700 химических веществ, принадлежащих  к самым различным классам  органических и неорганических соединений.

Признавая несомненный положительный  эффект химического способа борьбы с сорной растительностью, следует  учитывать возможное побочное действие гербицидов на другие компоненты природных  экосистем: животный мир, культурные и полезные дикорастущие растения, атмосферу, почвы, водоемы. Нежелательные последствия возникают чаще всего при систематической обработке больших площадей и связаны с появлением как токсикологических, так и экологических проблем. Наибольшую опасность представляют стойкие пестициды и их метаболиты, способные накапливаться и сохраняться в природной среде до нескольких десятков лет. При определенных условиях метаболиты пестицидов могут образовывать метаболиты второго порядка, роль, значение и влияние которых на окружающую среду во многих случаях остаются неизвестными.

Поведение пестицидов в почве

Пестициды – тонкодисперсные  вещества – в почве подвержены многочисленным воздействиям биотического и небиотического характера, некоторые  определяют их поведение, преобразование и, наконец, минерализацию. Тип и  скорость преобразований зависит от: химической структуры действующего вещества и его устойчивости, механического  состава и строения почв, химических свойств почв, состава флоры и  фауны почв, интенсивности влияния  внешних воздействий и системы  ведения сельского хозяйства.

Для правильного понимания  поведения пестицидов и любых  других химических соединений в почве  необходимо рассмотреть хотя бы важнейшие  факторы, влияющие на миграцию, разложение, активность и продолжительность  их сохранения в почве.

Вещества с высоким  давлением паров сравнительно легко  испаряются с поверхности почвы  и далее в зависимости от строения с большей или меньшей скоростью  подвергаются фотохимическому разложению или окислению под влиянием солнечного освещения, причем чем выше температура, тем быстрее происходит испарение  вещества и его фотохимическое разложение. На скорость испарения существенное влияние оказывают также скорость движения воздуха над поверхностью почвы и состав почвы. Состав почвы  оказывает существенное влияние  на испарение вещества, поскольку  меняется сорбирующая способность, и соответственно чем выше такая сорбирующая способность почвы для данного вещества, тем медленнее идет из данной почвы его испарение.

В такой же степени сорбирующая  способность почвы оказывает  влияние и на вымываемость вещества в нижние слои почвы, как это уже  отмечалось выше.

Разумеется, на персистентность  пестицидов в почве большое влияние  оказывает химическая стабильность вещества, в частности легкость гидролиза. Гидролиз водой является одним из наиболее важных процессов, который  в большинстве случаев приводит к разложению пестицидов с образованием менее токсичных соединений. Для  легко гидролизуемых веществ  большое значение имеет влажность  почвы: наиболее легко гидролиз пестицидов протекает во влажных почвах. Многие вещества, кроме того, легко окисляются кислородом воздуха; это особенно часто  происходит в случае производных  тио- и дитиофосфорной и фосфоновой кислот, а также при наличии  в молекуле пестицида сульфидных и других легко окисляющихся групп. Отметим, что простое окисление  в случае производных тионфосфорной  и тиолфосфоновой кислот, как правило, приводит к получению более токсичных  для позвоночных соединений, но после  их гидролиза образуются вполне безопасные вещества.

Большое влияние на персистентность  химических соединений в почве оказывают  различные почвенные микроорганизмы, для которых пестициды нередко  являются источником углерода. Даже очень  стойкие в химическом отношении  соединения разлагаются микроорганизмами почвы. Во многих случаях такое разложение начинается не сразу, а через некоторое  время, необходимое для приспособления микроорганизмов к разрушению данного  химического соединения. Наиболее легко  разлагаются микроорганизмами почвы  соединения алифатического ряда, а  также гидроксилсодержащие соединения. Алкоксилированные ароматические  соединения разлагаются несколько  медленнее, но все же быстрее, чем  вещества, не содержащие в ароматическом  ядре в качестве заместителя кислорода, серы или азота. Как правило, ароматические  соединения, не содержащие таких заместителей (групп), под влиянием микроорганизмов  гидроксилируются и далее происходит разрушение ароматического ядра. Отметим, что и процесс разложения фенолов, аминов и сульфидов ароматического ряда также в большинстве случаев  начинается с гидроксилирования  ароматического ядра.

Большинство гетероциклических  соединений также сравнительно легко  разрушается микроорганизмами почвы. Однако некоторые классы гетероциклических  соединений, как, например, пиримидины, бензимидазолы и другие, разрушаются  очень медленно.

В разрушении химических соединений в почве принимают участие  самые различные микроорганизмы, в том числе бактерии, грибы  и актиномицеты.

Разрушение химических соединений в почве протекает и под  влиянием растений, которые могут  поглощать из почвы некоторые  вещества и перерабатывать их в простейшие продукты или некоторые другие метаболиты, образующие с веществами растений коньюгаты.

Как уже отмечалось, на продолжительность  сохранения пестицидов в почве существенное влияние оказывает температура: чем выше температура почвы, тем  быстрее происходит разложение препаратов, как под влиянием химических факторов (гидролиз, окисление), так и под  влиянием микроорганизмов и других обитателей почвы.

Как видно из таблтцы 1, ускорение разложения пестицидов с температурой зависит также от природы вещества, однако во всех случаях повышение температуры почвы существенно ускоряет процесс разложения пестицидов. В связи с этим при применении пестицидов необходимо учитывать не только характер почвы, но и температуру и влажность.

Таблица 1.

Распад некоторых пестицидов в почве

Различные штамы микроорганизмов  разрушают пестициды с различной  скоростью. Большое значение имеет  также аэрация почвы. Некоторые  вещества, например ДДТ, в анаэробных условиях разрушаются быстрее, чем  в аэробных, что связано с различным  механизмом разрушения. Если в обычных  условиях первой стадией разрушения ДДТ является образование 1,1-дихлор-2,2-бис (4-хлорфенил) этилена, то в анаэрооных условиях происходит восстановление ДДТ  до ДДД, разрушение которого протекает  значительно быстрее.

Для правильного понимания  поведения того или иного пестицида  в почве необходимо изучение его  метаболизма под влиянием почвенных  микроорганизмов в различных  условиях, причем даже гомологи одного и того же класса химических соединений часто в почве ведут себя различно, не только по персистентности, но и  по направлениям разложения в разных условиях. Особенно сильно отличается поведение метальных гомологов  различных классов органических соединений. Так, метиловые эфиры  кислот фосфора являются сильными метилирующими  средствами и в связи с этим легко отщепляют О—СН₃-группы, превращаясь в мало токсичные для позвоночных и других животных кислые эфиры. Метильная группа ароматических соединений легко окисляется до карбоксильной, что также приводит к снижению токсичности соединения, хотя в некоторых случаях окисление метильной группы ароматических соединений приводит к более токсичным соединениям. Важное значение имеет и окисление метильной группы, связанной с азотом. В этом случае в результате окисления происходит деметилирование, приводящее в большинстве случаев к менее токсичным продуктам, которые далее распадаются с выделением аммиака или азота.

По скорости разложения в  почве пестициды предложено разделить  на следующие шесть групп.

1) Препараты с продолжительностью  действия более 18 месяцев (большинство  хлорорганических пестицидов).

2) Препараты с продолжительностью  действия около 18 месяцев (некоторые  производные мочевины, пиклорам, симазин  и другие триазины).

3) Пестициды с продолжительностью  сохранения в почве до 12 месяцев  (производные бензойной кислоты,  амиды кислот).

4) Препараты с продолжительностью  сохранения в почве до 6 месяцев  (нитроанилины, акрилоксиалканкарбоновые  кислоты и другие).

5) Пестициды с продолжительностью  сохранения в почве более 3 месяцев (производные карбаминовой  кислоты, алифатические карбоновые  кислоты и другие).

6) Пестициды с продолжительностью  сохранения в почве менее 3 месяцев (органические соединения  фосфора и другие).

Совершенно ясно, что такое  деление носит условный характер, так как персистентность пестицидов, как указывалось выше, зависит  не только от их строения, но и от активности почвенных микроорганизмов и  других факторов. Точно так же, как  и среди отдельных перечисленных  выше классов химических соединений, имеются вещества с большей или  меньшей персистентностью.

Из изложенного видно, что в важнейших экосистемах  земного шара с большей или  меньшей скоростью происходит разложение органических пестицидов до простейших нетоксичных соединений. Однако для  избежания их накопления в окружающей среде применение любых химических соединений должно быть строго регламентировано.

Пестициды как загрязняющий фактор.

Открытие пестицидов химических средств  защиты растений и животных от различных  вредителей и болезней одно из важнейших  достижений современной науки. Сегодня  в мире на 11 га. наносится 300 кг. химических средств.

Однако в результате длительного  применения пестицидов в сельском хозяйствем медицине ( борьба с переносчиками  болезней) почти повсеместно отличается снижение из эффективности вследствие развития резистентных рас вредителей и распространению "новых" вредных  организмов, естественные враги и  конкуренты которых были уничтожены пестицидами. В то же время действие пестицидов стало проявляться в  глобальных масштабах. Из громадного количества насекомых вредными являются лишь 10,3% или 5 тыс видов. У 250ти видов обнаружена резистентность к пестицидам.

Это усугубляется явлением перекрёстной резистенции, заключающейся в том, что повышенная устойчивость к действию одного препарата сопровождается устойчивостью  к соединениям других классов. С  общебиологических позиций резистентность можно рассматривать как смену  популяций в результате перехода от чувствительного штамма к устойчивому  штамму того же вида вследствие отбора, вызванного пестицидами.

Это явление связано с генетическими, физиологическими и биохимическими перестройками организмов. Неумеренное  применение пестицидов (гербицидов, инсектицидов, 23 дефолиантов) негативно влияет на качество почвы. В связи с этим усиленно изучается судьба пестицидов в почвах и возможности и возможности  их обезвреживать химическими и  биологическими способами. Очень важно  создавать и применять только препараты с небольшой продолжительностью жизни, измеряемой неделями или месяцами. В этом деле уже достигнуты определенные успехи и внедряются препараты с  большой скоростью деструкции, однако проблема в целом ещё не решена. 

Разложение пестицидов

На пестициды, попавшие в почву, оказывают влияние различные  факторы как в период их эффективности, так и в дальнейшем, когда препарат уже становится остаточным. Пестициды  в почве подвержены разложению, обусловленному небиотическими и биотическими факторами  и процессами.

Физические и химические свойства почв влияют на преобразования, находящихся  в ней пестицидов. Так глины, окислы, гидроокислы и ионы металлов, а  также органическое вещество почвы  выполняют роль катализаторов во многих реакциях разложения пестицидов. Гидролиз пестицидов идет при участии  грунтовой воды. В результате реакции  со свободными радикалами гумусовых  веществ происходит изменение составных  частиц почвы и молекулярного  строения пестицидов.

Во многих работах подчеркивается большое значение почвенных микроорганизмов  в разложении пестицидов. Существует очень мало действующих веществ, не разлагающихся биологическим  путем.

Продолжительность разложения пестицидов микроорганизмами может колебаться от нескольких дней до нескольких месяцев, а иногда и десятков лет, в зависимости  от специфики действующего вещества, видов микроорганизмов, свойств  почв. Разложение действующих веществ  пестицидов осуществляется бактериями, грибами и высшими растениями.

Обычно разложение пестицидов, особенно растворимых, реже адсорбированных  почвенными коллоидами, происходит при  участии микроорганизмов.

Грибы участвуют главным образом  в разложении слаборастворимых и  слабоадсорбируемых почвенными коллоидами гербицидов.

Выявление загрязнения  почв

Выявление загрязнения почв тяжелыми металлами производят прямыми методами отбора почвенных проб на изучаемых  территориях и их химического  анализа на содержание тяжелых металлов.

 Эффективно также использовать  для этих целей ряд косвенных  методов: визуальная оценка состояния  фитогенезов, анализ распространения  и поведения видов – индикаторов  среди растений, беспозвоночных  и микроорганизмов. 

Для выявления пространственных закономерностей  проявления загрязнения почв используют сравнительно-географический метод, методы картирования структурных компонентов  биогеоценозов, в том числе и  почв.

 Такие карты не только  регистрируют уровень загрязнения  почв тяжелыми металлами и  соответствующие изменения в  напочвенном покрове, но позволяют  прогнозировать изменение состояния  природной среды.

 Рекомендовано отбирать образцы  почв и растительности по радиусу  от источника загрязнения с  учетом господствующих ветров  по маршруту протяженностью 25-30 км.

Расстояние от источника загрязнения  для выявления ореола загрязнения  может колебаться в значительных пределах и в зависимости от интенсивности  загрязнения и силы господствующих ветров может изменяться от сотен  метров до десятков километров.

Последствия применения пестицидов

Последствия неумеренного применения пестицидов могут быть самыми неожиданными, а главное - биологически непредсказуемыми; на смену одним видам вредных  организмов часто приходят другие, которые вырабатывают иммунитет  и способны выживать даже после самых  эффективных обработок.

 Для преодоления иммунитета  устойчивых особей к пестицидам  приходится увеличивать дозы  препаратов, что усиливает опасность  загрязнения окружающей среды.  Вследствие миграции пестицидов  с воздушными, водными потоками  ила биологического круговорота  веществ последствия их токсического  действия могут обнаруживаться  на территории, где химикаты никогда  не применяли.

Возрастание масштабов применения пестицидов, в частности гербицидов, во всем мире ставит перед исследователями  ответственную задачу детального и  всестороннего изучения и прогнозирования  всевозможных изменений, возникающих  в биосфере, и необходимость разработки эффективных мероприятий по предупреждению нежелательных последствий интенсивной  химизации, либо по управлению функционированием  экосистем в условиях загрязнения.

Вредное действие инсектицидов заключается в уничтожении полезных или хозяйственно-нейтральных видов  и обеднений экосистемы, также  они служат причиной появления устойчивых популяций вредителей, от которых  становятся все труднее избавляться; они накапливаются в экосистемах  и могут сохраняться в них  в течение нескольких лет,

В настоящее время в  результате интоксикации хлорорганическими  препаратами сильно сократилась  численность птиц, особенно хищных. Особенно токсичны инсектициды для  плотоядных животных, так как они  постепенно концентрируются в их организмах по мере продвижения к  конечным звеньям пищевых цепей.

Опасность заключается также  в том, что повторное введение мелких доз влечет развитие скрытой  хронической интоксикации, которая  с трудом поддается диагностике. Инсектициды действуют как кумулятивные яды.

Защита почв от загрязнения

Защита почв от загрязнения тяжелыми металлами базируется на совершенствовании  производства. Например, на производство 1 т хлора при одной технологии расходуют 45 кг ртути, а при другой – 14-18 кг. В перспективе считают возможным снизить эту величину до 0,1 кг.

Новая стратегия охраны почв от загрязнения  тяжелыми металлами заключена также  в создании замкнутых технологических  систем, в организации безотходных  производств. Отходы химической и машиностроительной промышленности также представляют собой ценное вторичное сырье. Так  отходы машиностроительных предприятий  являются ценным сырьем для сельского  хозяйства из-за фосфора.

В настоящее время поставлена задача обязательной проверки всех возможностей утилизации каждого вида отходов, прежде их захоронения или уничтожения.

В последнее время рекомендован ряд химических веществ, которые  способны инактивировать тяжелые металлы  в почве или понизить их токсичность.

 Известкование почв уменьшает  кислотность удобрений и растворимость  свинца, кадмия, мышьяка и цинка.  Поглощение их растениями резко  уменьшается. 

Органические удобрения, подобно  органическому веществу почв, адсорбируют  и удерживают в поглощенном состоянии  большинство тяжелых металлов. Внесение органических удобрений в высоких  дозах, использование зеленых удобрений, птичьего помета, муки из рисовой соломы снижают содержание кадмия и фтора  в растениях, а также токсичность  хрома и других тяжелых металлов.

Оптимизация минерального питания  растений путем регулирования состава  и доз удобрений также снижает  токсическое действие отдельных  элементов.

Заключение

В России и во всем мире придается  большое значение охране окружающей среды от загрязнения пестицидами. Вопрос об использовании пестицидов рассматривался в России, США, Великобритании, Германии, Японии и других странах. Были сделаны выводы о невозможности  отказа от их применения в ближайшее  обозримое будущее. Намечены конкретные пути рационального применения пестицидов в сельском хозяйстве.

Забота об охране окружающей среды оказывает влияние на использование  пестицидов для защиты растений. Bo многих странах введено строгое регламентирование их применения. Оно позволило в значительной степени предотвратить загрязнение окружающей среды, избежать накопления остатков пестицидов в сельскохозяйственной продукции и в почве, гибели полезных организмов, ущерба здоровью людей. За последнее время усилен контроль за пестицидами со стороны государств.

Химический метод совершенствуется с учетом требований охраны окружающей среды. Снижается токсичность пестицидов для теплокровных организмов, ограничивается использование хлорорганических и  других препаратов, накапливающихся  в окружающей среде. В сельскохозяйственное производство внедряются более совершенные  способы применения пестицидов, в  результате чего загрязнение окружающей среды пестицидами, и в первую очередь хлорорганическими препаратами, уменьшается.

Рациональное применение пестицидов связывается с разработкой  и внедрением в производство комплексных  систем мероприятий, или интегрированной  борьбы, в которой химический метод  сочетается с агротехническим, биологическим, механическим и др. При этом учитывается  экологическая ситуация на защищаемых объектах, принимаются во внимание критерии численности вредных организмов и полезных видов.

Большое внимание уделяется  предотвращению загрязнения почвы  пестицидами.

Список литературы

1. Государственный доклад  “О состоянии окружающей природной  среды Российской Федерации в  2012 году”.

2. Степановских А.С. “Экология”, - М.: 2010г.

3. “Теоретические основы  и пути регулирования плодородия  почв”, - М.: “Агропромиздат”, 2011г.

4. Степановских А.С. “Охрана  окружающей среды” - М.: 2010г.

5. Никитин Д.П., Новиков  Ю.В. “Окружающая среда и человек” - М.: “Высшая школа”, 2012г.

Размещено