Пестициды в биосфере

Введение 

Пестицидное отравление губительно действует на многих плотоядных, особенно птиц. Например, сокол сапсан полностью исчез на востоке США  в результате применения там ДДТ. Птицы особенно чувствительны к  этому ядохимикату, поскольку он индуцирует гормональные изменения, влияющие на метаболизм кальция, а это приводит к истончению скорлупы откладываемых  яиц, которые в большом количестве начинают биться даже при простом  насиживании.

Многие пестициды  очень устойчивы и распространяются далеко от мест применения. Например, в  середине 1960-х гг. ДДТ был обнаружен  в печени пингвинов в Антарктике — очень далеко от тех мест, где применялся этот химикат.

ДДТ сейчас запрещён во всех развитых странах. Однако он сравнительно дешёв и до сих пор считается  хорошим средством в определённых ситуациях, например при борьбе с  малярийными комарами. Решая вопрос о применении того или иного пестицида, часто приходится из двух зол выбирать меньшее. Скажем, с помощью ДДТ  во многих странах удалось полностью  искоренить малярию.

Долговременные  эффекты пестицидов, особенно в низких дозах, и возможный синергизм  их с другими загрязнителями среды  и переносчиками болезней, изучены  слабо в связи с относительной  новизной большинства ядохимикатов. Растут опасения, что «безвредные» следы их метаболитов, сохраняющиеся  в пище, хотя и не оказывают токсического, а тем более летального действия, могут тем не менее снижать  сопротивляемость болезням и постепенно накапливаться в организме до опасного уровня. Многие учёные связывают  наличие остатков пестицидов в Северном море с быстрым распространением вирусных болезней в популяции обыкновенного тюленя летом 1988 г.

Пестициды (в  том числе и консерванты) часто  вызывают аллергию, диатез и некоторые  другие заболевания. Особенно опасны системные  пестициды проникающие во все  ткани животных и растений.

Общий эффект использования  пестицидов — снижение видового разнообразия. Обычно пестициды также повышают продуктивность на нижних трофических уровнях и понижают на верхних.

1. Применение и значение пестицидов. Классификация пестицидов 

     Пестициды – это химические или биологические  препараты, используемые для борьбы с вредителями и болезнями  растений, сорными растениями, вредителями  хранящейся сельскохозяйственной продукции, бытовыми вредителями и внешними паразитами животных, а также для  регулировки роста, предуборочного удаления листьев (дефолианты), предуборочного подсушивания растений (десиканты). Действующее  вещество пестицида – биологически активная его часть, использование  которой приводит к воздействию  на тот или иной вид вредного организма  или на рост и развитие растений. В настоящие время в зависимости  от назначения, химической природы  и патогенных свойств для теплокровных и человека принято несколько  классификаций пестицидов: химическая, производственная, гигиеническая.

     По  химической структуре различают  пестициды: хлорорганические, фосфорорганические, ртутьорганические, мышь как содержащие, производные мочевины, цианистые  соединения, производные карбоминовой, тио- и дитиокарбоминовой кислот, препарты меди, производные фенола, серы и ее соединений.

     В зависимости от производственных целей  и объекта воздействия (сорная растительность, вредные насекомые, теплокровные животные) и химической природы пестициды  разделяются на акарициды – для  борьбы с насекомыми; альгициды –  для уничтожения водорослей и  другой водной растительности; антисептики  – для предохранения неметаллических  материалов от разрушения микроорганизмами; бактерициды – для борьбы с  бактериями и бактериальными болезнями  растений и так далее.

     К пестицидам относят также химические вещества для отпугивания насекомых, грызунов и других животных (репелленты), привлечения насекомых с последующим их уничтожением (атрактранты), половой стерилизации насекомых (стерилизаторы).

     Гигиеническая классификация пестицидов построена  на степени их ядовитости (токсичности) для биологических объектов, кумулятивным свойствам и стойкости с учетом возможности циркуляции во внешней  среде. Степень опасности пестицидов оценивается по их токсичности, летучести, кумулятивным свойствам и стойкости.

     Сила  токсического действия измеряется дозой  вещества, выраженной в мг/л воздуха. Для оценки токсичности пестицидов принято пользоваться средне смертельной  дозой (ЛД₅₀ ), вызывающей смерть 50% подопытных животных при однократном поступлении препаратов в желудочно-кишечный тракт.

     В зависимости величины ЛД₅₀ пестициды делятся на сильнодействующие ядовитые вещества, среднесмертельная доза которых менее 50 мг на кг массы животного, высокоядовитые (ЛД₅₀ от 50 до 200 мг/кг), среднеядовитые (ЛД ₅₀ от 200 до 1000 мг/кг) и малоядовитые (ЛД₅₀ 1г/кг и боле).

     Если  пестициды поступают через кожу (кожно – резорбтивная токсичность), для оценки их действия используют кожно- оральный коэффициент (отношение  среднесмертельной дозы пестецида, действующего через кожу, к среднесмертельной  его дозе, вводимой в желудок). При  резко выраженной токсичности (ЛД₅₀ меньше 300мг/кг) кожно–оральный коэффициент меньше 1; при выраженной токсичности (ЛД₅₀300- 1000мг/кг) кожно–оральный коэффициент от 1 до3; при слабо выраженной токсичности (ЛД₅₀ более 100мг/кг) кожно–оральный коэффициент больше 3.

     По  степени летучести пестициды  делятся на очень опасные вещества (насыщенна концентрация равна или  больше токсичной), опасные (насыщенная концентрация больше пороговой) и малоопасные (насыщенна концентрация не оказывает порогового действия).

     Кумуляция пестицидов определяется по коэффициенту кумуляции (отношение суммарной  дозы препарата, вызывающей гибель 50% подопытных животных при многократном введении, к дозе, вызывающей гибель 50% животных при однократном введении). Если коэффициент кумуляции меньше 1, вещество обладает сверхкумуляцией; при  коэффициенте кумуляции 3- 5 – умеренная  и при коэффициенте более 5 – слабовыраженная.

     Пестициды подразделяются и по стойкости: очень  стойкие (период разложения на не токсичные  компоненты свыше 2 лет); стойкие (0,5- 1 год); умеренно стойкие (1-6 месяцев) и малостойкие(1 месяц).

По способу  поступления в организм насекомых  пестициды подразделяются на кишечные, контактные, фумигантные, системные. Кишечные яды проникают в организм насекомого через питание, и насекомое погибает при поступлении яда в кишечник. Кишечные яды губительно действуют  на насекомых, имеющих грызущий или  сосуще – лижущий ротовой аппарат. Контактные яды убивают насекомых  при контакте с любой частью их тела. Они разрушают наружные покровы, проникают в организм, нередко  закупоривают органы дыхания. Такие  яды применяются в основном против вредителей, имеющих колюще – сосущий  ротовой аппарат. Системные яды  имеют способность перемещаться по сосудистой системе растений и  отравлять их клеточный сок. Фумигантные  яды поражают организм насекомого через  дыхательную систему. Некоторые  ядохимикаты действуют одновременно как кишечные, контактные и системные  яды. 

     2. Способы применения  пестицидов 

     Пестициды используют в разных препаративных  формах, чаще всего в виде дустов, гранулированных препаратов, суспензий, эмульсий, аэрозолей и фумигантов. Дуст – порошкообразная смесь, состоящая  из основного яда (активно действующее  вещество) и наполнителя. В качестве наполнителя используется тальк, мел, гипс, каолин и др. Дусты производятся промышленными предприятиями, готовить их самостоятельно не разрешается. Гранулированные  препараты приготовляются посредством  пропитки гранул или различных минеральных  удобрений. В зависимости от назначения препараты выпускаются с диметром гранул от 0,25 до5 мм.

     Учитывая  насущную необходимость значительно  повысить активность пестицидов и тем  самым снизить их действующую  концентрацию до величин, безопасных для  человека и животных, ученые разработали  синтетические пиретроиды.

     Способы применения пестицидов зависят от их препартивной формы и назначения (обработка семенного материала, опрыскивание, опыление, обработка  гранулированными препаратами).

     При выращивании картофеля и овощей активнее стали применятся технологии, позволяющие снизить нагрузку пестицидов на окружающую среду, в частности  ультраобъемное опрыскивание и предпосевная обработка посадочного и посевного  материала.

     Тактика применения пестицида обоснована особенностями  биологии вредителей, возбудителей болезней, сорняками и характером вредоносности. 

     3. Последствия применения  пестицидов 

     Многолетние использование пестицидов на огромных сельскохозяйственных и лесных территориях, часто с применением авиации, привело к масштабному загрязнению  окружающей среды. Более того, молекулы ядохимикатов (особенно это относится  к стойким соединениям) включаются в природные процессы миграции и  круговорота веществ и разносятся вместе с атмосферными потоками на большие расстояния. Например, в  Антарктиде, за десятки тысяч километров от зон применения, ледниковый панцирь  накопил более 2000т ДДТ. Химические вещества с водным стоком с полей  попадают в реки и озера, накапливаются  в донных отложениях, поступают в  Мировой океан. Но самое главное  – они включаются экологические  пищевые цепочки: из почвы попадают в воду и растения, затем –  в организмы животных и птиц, а  в конечном счете – с пищей  и водой – в организм человека. Однако так как вредные насекомые  со временем приспосабливаются к  ядовитым свойствам этих веществ  и эффективность пестицидов падает, их количество на единицу сельскохозяйственной продукции постоянно приходится увеличивать.

     Многим, вероятно, известна история ДДТ –  пестицида, в свое время получившего  чрезвычайно широкое распространение. Его создатель П.Мюллер был удостоен Нобелевской премии. Казалось, что  ДДТ принес человечеству долгожданное освобождение от малярии, желтой лихорадки, эпидемий тифа. Однако более поздние  исследования показали: последствия  применения этого препарата весьма плачевны.

     Чем устойчивее и токсичнее пестициды, тем серьезнее их негативное воздействие  на живую природу и человека. При  этом устойчивость к факторам окружающей среды (солнечный свет, кислород, способность  ядохимикатов сохраняться длительное время) в большей мере определяет их опасность . Пестициды на основе хлорорганических соединений значительно  отличаются по своей стойкости. ДДТ  – способен более50 лет циркулировать в биосфере. Более того, продукты его разложения (например, ДДЕ) – опасные и стойкие вещества, порой они более токсичны, чем исходное вещество.

     Один  из механизмов отрицательных последствий  – передача и концентрирование стабильных пестицидов по трофическим цепям. Устойчивые к определенным пестицидам, флора  и фауна могут накапливать  их без разложения. В результате концентрация токсиканта в организме  может многократно превысить  исходную концентрацию его в окружающей среде. Этот процесс биологического концентрирования имеет особенно серьезное  экологическое значение в пищевых  цепях, связанных с водной средой. Классический пример биологического концентрирования – накопление ДДТ и препаратов ртути в организме морских  птиц. Эти птицы – конечное звено  трофической цепи: морская вода –  планктон – рыба, потребляющая планктон, - хищная рыба – птица, питающаяся рыбой. При этом концентрация токсиканта от исходного звена (морская вода) к  конечному (птица) возрастает во много  тысяч раз.

     В 1988г. Национальная Академия наук США  опубликовала доклад, в котором говорится, что в предстоящие 70 лет более  одного миллиона американцев рискуют  заболеть раком, вызванным наличием 28 канцерогенных пестицидов пище.

     По  данным индийских ученых, злоупотребление  пестицидами уже в следующем  десятилетии способно спровоцировать взрыв раковых заболеваний и  мутаций в развивающихся странах. Эти генетические изменения необратимы.

     Из  всех химических веществ, которые поступают  в организм с воздухом, водой, пищей, наиболее опасными считаются пестициды. Стойкие пестициды отрицательно воздействуют на нервную и сердечно- сосудистую системы.

     Особенно  опасны пестициды для детей. В  России, в районах массированного применения пестицидов, общая заболеваемость детей от шести лет (болезни кожи, пищеварительного тракта, органов дыхания, нарушение обмена веществ, отставание в физическом развитии) в 4,6 раза выше, чем в районах с наименьшей химизацией. За 25 лет в 300 раз увеличились  случаи аллергических заболеваний.

     По  данным Всемирной организации здравоохранения, ежегодно пестицидами отравляются 500 тыс. человек, более 5 тыс. – со смертельным  исходом.

     Исследования  показали, что стойкие хлорорганические пестициды обнаруживаются почти  во всех организмах, обитающих на суше и в воде. Распространение ДДТ  имеет глобальный характер. Повсюду  ДДТ, алдрин, дилдрин и другие стойкие  пестициды содержатся в тканях птиц, млекопитающих, рыб, моллюсков, и других обитателей суши, морских и пресных  вод.

     Попадая в различные объекты окружающей среды, пестициды накапливаются  в них либо включаются в различные  миграционные цепи (рис. 1). При этом в каждом из объектов окружающей среды  пестициды подвергаются всевозможным процессам разложения.

Рисунок 1 - Накопление и миграция пестицидов в окружающей среде 

     Содержание  пестицидов в тканях и органах  живых организмов, точно также  как и любых других загрязняющих веществ, намного больше, чем в  среде обитания. Это явление характеризуется  коэффициентом накопления (отношение  концентрации в организме к концентрации в среде). Очень велики коэффициенты накопления у животных, обитающих  в воде: у рыб – 10- 15, у моллюсков  – 25 тыс. Содержание ДДТ в различных  тканях и органах одного вида значительно  колеблется. Так, например, в мышцах североатлантической трески концентрация его – 1-10мг/кг, а в печени – 180 – 1800 мг/кг.

     По  предположению ООН в 1988г. была принята  конвенция в рамках программы  по охране окружающей среды, ограничивающая торговлю опасными веществами и пестицидами  типа ДДТ, ртутных соединений и органофосфатов. В новом международном договоре приняли участие 95 стран. 

     4. Загрязнение пестицидами  продуктов питания 

     Чаще  всего пищевые продукты загрязнены хлор-, фосфор- и ртутьорганическими соединениями, производными карбаминовой, тио- и дитиокарбаминовой кислот, бромидами. Из группы хлорорганических пестицидов в продуктах обнаружены ДДТ,ДДЕ, алдрин, дилдрин и некоторые  другие. Хлорорганические пестициды  находят в продуктах животного  и растительного происхождения.

     Накопление  стойких химических веществ в  продуктах питания чаще всего  связанно с нарушением правил и регламента их применения, с завышением рекомендуемых  доз препарата, несоблюдением сроков последней обработки растений перед  сбором урожая (время ожидания) и  др.

     Во  многих случаях причиной загрязнения  пестицидами фуражных культур является выращивание их междурядьях обработанных садов.

Содержание хлорорганических пестицидов в продуктах животного  происхождения может быть связано  и с обработкой ими убойного и  молочного скота в целях борьбы с эктопаразитами. 

     5. Контроль над  загрязнением 

     Лабораториями службы защиты растений Минсельхозпрода  России осуществляется систематический  контроль почв и сельскохозяйственной продукции. В 1977г проведен аналитический  контроль 4710 тыс. га площадей, обработанных пестицидами, и 13,4 млн. т сельскохозяйственной продукции. Основная причина – несоблюдение хозяйственниками сроков ожидания с  момента последней обработки  сельскохозяйственных культур пестицидами  до уборки урожая.

     Потенциальную угрозу для окружающей среды представляют запрещенные и непригодные для  дальнейшего использования пестициды, объект их хранения и применения ядохимикатов. Складские помещения, используемые для хранения ядохимикатов, в том  числе запрещенных к применению, зачастую находятся в аварийном  состоянии либо не приспособлены  для этих целей. Свыше 30% хозяйств не располагают специализированными площадками для заправки техники, протравливания семян, мойки транспортных средств.

     В РФ накоплено более 13 тыс. т запрещенных  и непригодных к применению пестицидов. Наибольшее их количество приходится на Воронежскую область – 922 т, в  Ростовской и Смоленской Областях – 680 т, в Саратовской области -520 т, Белгородская – 517 т.

     Однако  нельзя сказать, что контроль над  качеством сельскохозяйственной продукции  сегодня ведется повсеместно  на должном уровне. Разветвленная  сеть контрольно-токсикологических  лабораторий, дающих заключение о пригодности  продуктов к употреблению, пока еще  только создается, и, к сожалению, нередко  на наш стол с фруктами и овощами, молоком и мясом попадают вредные  вещества.

     Установление  надежного контроля за содержанием  вредных веществ сделает экономически невыгодным производство недоброкачественной  продукции.

     В настоящее время создана научно – производственная ассоциация производителей экологически чистой и биологически полноценной пищевой продукции. 
 

Список  использованной литературы 

1. Горелов А.А. Экология. Учебник / А.А. Горелов. – М.: Academia, 2006. – 400 с.
2. Степановских А.С. Общая экология: Учебник для вузов / А.С. Степановских. - М.: ЮНИТИ, 2001. - 510 с.
3. Федоров Л.А. Пестициды - токсический удар по биосфере и человеку / Л.А.Федоров, А.В.Яблоков. - М.: Наука, 1999. - 462 с.
4. Комов С.В. Введение в экологию: десять общедоступных лекций. Учебное пособие / С.В.Комов. - Екатеринбург: УрГУ, 2001. – 82 с.
5. Николайкин Н.И. Экология. 3-е изд., стереотип. / Н.И. Николайкин, Н.Е. Николайкина, О.П. Мелехова. - М.: Дрофа, 2004. - 624 с.