Применение и значение пестицидов

Применение и  значение пестицидов

Пестициды — это химические или биологические препараты, используемые для борьбы с вредителями и  болезнями растений, сорными растениями, вредителями хранящиеся в сельскохозяйственной продукции, бытовыми вредителями и  внешними паразитами животных, а также  для регулирования 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.

По химической структуре  различают пестициды: хлорорганические, фосфорорганические, ртутьорганические, мышьяк содержащие, производные мочевины, цианистые соединения, производные  карбаминовой, тио- и дитиокарбаминовой кислот, препараты меди, производные фенола, серы и ее соединений.

В зависимости от объекта  воздействия (сорная растительность, вредные  насекомые, теплокровные животные) и  химической природы пестициды подразделяются на: акарициды — для борьбы с  клещами; 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; зооциды (или родентициды) — для борьбы с грызунами; инсектициды — для борьбы с вредными насекомыми (эфициды — препараты для борьбы с тлей); лимациды (моллюскоциды) — для борьбы с различными моллюсками; нематоциды — для борьбы с круглыми червями (нематоцидами); фунгициды — для борьбы с болезнями растений под влиянием различных паразитирующих грибов.

К пестицидам относятся дефолианты – средства для удаления листьев, десиканты –  препараты для высушивания листьев на корню, дефлоранты — вещества для удаления излишних цветов, гербициды — для уничтожения сорной растительности. В сельскохозяйственной практике применяются как обще истребительные гербициды, уничтожающие все растения на обрабатываемой площади, так и избирательные, губительно действующие только на сорную растительность. К пестицидам относят также химические вещества для отпугивания насекомых, грызунов и других животных (репелленты), привлечения насекомых с последующим их уничтожением (аттрактанты), половой стерилизации насекомых (стерилизаторы).

Классификация пестицидов. В настоящее время в зависимости  то назначения, химической природы  и патогенных свойств для теплокровных и человека принято несколько  классификаций пестицидов: гигиеническая, химическая, производственная.

Гигиеническая классификация  пестицидов построена по степени  их ядовитости (токсичности) для биологических  объектов, кумулятивными свойствами 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, выражаемой в мг/кг массы животного или  концентрацией вещества в воздухе  — мг/л или мг/м³ воздуха. Для оценки токсичности пестицидов принято пользоваться средней смертельной дозой (ЛД₅₀), вызывающей гибель 50% подопытных животных при однократном поступлении препаратов в желудочно-кишечный тракт.

В зависимости от величины ЛД₅₀ пестициды делятся на сильнодействующие ядовитые вещества, средне смертельная доза которых менее 50 мг на 1 кг массы животного, высокоядовитые (ЛД₅₀ от 50 до 200 мг/кг), средне ядовитые (ЛД₅₀ от 200 до 1000 мг/кг) и мало ядовитые (ЛД₅₀— 1 г/кг и более).

Если пестициды поступают  через кожу (кожно-резорбтивная токсичность), для оценки их действия используют кожно-оральный коэффициент (отношение  средне смертельной дозы пестицида, действующего через кожу, к средне смертельной его дозе, вводимой в  желудок). При резко выраженной токсичности (ЛД₅₀ меньше 300 мг/кг) кожно-оральный коэффициент меньше 1; при выраженной токсичности (ЛД₅₀ 300—1000 мг/кг) кожно-оральный коэффициент от 1 до 3; при слабовыраженной токсичности (ЛД₅₀более 1000 мг/кг) кожно-оральный коэффициент больше 3.

По степени летучести  пестициды делятся на очень опасные  вещества (насыщающая концентрация больше или равна токсичной), опасные (насыщающая концентрация больше пороговой) и малоопасные (насыщающая 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 1–3 у вещества выраженная кумуляция; при коэффициенте 3–5 – умеренная и при коэффициенте более 5 — слабовыраженная кумуляция.

Пестициды подразделяются и  по стойкости: очень стойкие (период разложения на нетоксические 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  принято подразделять на кишечные, контактные, фумигантные и 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 обладают способностью 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.

Инсектициды и акарициды. Препараты первой группы относятся  к 17 классам химических веществ. 48% общего ассортимента препаратов занимают фосфорорганические соединения, 14% – производные карбаминовой кислоты и 11% – хлорорганические соединения. Остальные препараты этой группы относятся к другим классам химических соединений.

В последние годы наиболее широкое применение нашли фосфорорганические инсектициды и акарициды (хлорофос, метофос, карбофос, метатион, фозалон, фосфамид и др.). Они используются против паутинного клещика — основного вредителя хлопчатника, вредной черепашки — вредителя зерновых культур и ряда вредителей плодовых. Препараты обладают высокой биологической активностью. Им свойственны контактные и внутрирастительные системные действия. Они проникают в ткань растения и сохраняют токсичность для вредителя в течение двух—шести недель. Фосфорорганические пестициды, обладая высокой биологической активностью, оказывают токсическое воздействие на организм человека и животных. Большинство препаратов этой группы относятся к высокотоксичным ядам. В механизме их токсического действия лежит угнетение деятельности жизненно важных ферментов.

Фосфорорганические пестициды, в отличие от хлорорганических, относительно мало накапливаются в окружающей среде. Под влиянием воды, солнца примерно в течение месяца они разрушаются, превращаясь в малотоксичные  соединения. Так,  метилмеркаптофос в листьях растений находится в течение 30 дней, антио — 10 дней, фосфамид — 7—10 дней. Поэтому фосфорорганические препараты в меньшей степени загрязняют пищевые продукты, полученные из обрабатываемых культур и животных. Однако некоторые препараты (например, тиофос) обладают высокой токсичностью и способны вызывать острое отравление. Их применение в СНГ запрещено.

Производные карбаминовой кислоты (севин, цирам, цинеб и др.) обладают значительной фунгицидной активностью и используются для защиты от вредителей, возбудителей заболеваний и сорной растительности при возделывании плодово-ягодных, овощебахчевых, зерновых, зернобобовых и технических культур. Они обладают средней и малой токсичностью и слабовыраженной кумуляцией, сравнительно быстро разрушаются во внешней среде. Однако некоторые из них могут сохраняться на обрабатываемых поверхностях сельскохозяйственных культур в течение продолжительного времени.

Хотя производные карбаминовой кислоты по масштабам производства и применения занимают второе место после фосфорорганических препаратов, в нашей стране разрешено использование только севина, пиримора и фурадина.

Производные карбаминовой кислоты в большинстве случаев действуют как контактные и кишечные яды. Некоторые из них могут оказывать токсическое действие на теплокровных животных и человека и по токсичности не уступают фосфорорганическим соединениям. Они оказывают эмбриотоксическое и мутагенное действия.

Хлорорганические соединения. ДДТ, ГХЦГ, полихлорпинен, алдрин, эфирсульфонат и другие хлорорганические соединения — пестициды, давно нашедшие широкое применение в сельскохозяйственном производстве. Они используются в борьбе с вредителями зерновых, зернобобовых, технических культур, виноградников, овощных и полевых культур, в лесном хозяйстве, ветеринарии и даже в медицинской практике. Отличительная их особенность — стойкость к воздействию различных факторов внешней  среды (температура, солнечная радиация, влага и др.). Так, ДДТ выдерживает нагревание до 115—120°С в течение 15 ч и почти не разрушается при кулинарной обработке. Этот препарат, обладая высокими кумулятивными свойствами, постепенно накапливается в окружающей среде (вода, почва, пищевые продукты). Его находили в почве через 8—12 лет после применения.

Другое характерное свойство хлорорганической группы веществ –  способность накапливаться в  тканях и жире животных. Большинство  препаратов этой группы относится к  среднетоксичным соединениям. Только некоторые из них (алдрин, дилдрин) принадлежат к сильнодействующим и очень опасным по своей летучести веществам.

В настоящее время принимаются  меры к замене соединений более безопасными. Применение таких сильнодействующих  препаратов, как алдрин, какалдрин, дилдрин, в сельском хозяйстве запрещено. С 1970 г. запрещено применение ДДТ, введены ограничения и для некоторых других препаратов этой группы.

В последнее время получены химические соединения этой группы, близкие  по своему строению к ДДТ, обладающие высокой инсектицидной активностью  и легко разлагающиеся в окружающей среде до нетоксичных продуктов. Из хлорорганических инсектицидов в  нашей стране сегодня находят  широкое применение полихлоркамфен, гексахлоран, гамма-изомер ГХЦГ тиодан, дилор.

Фунгициды. Многие фунгициды  – это неорганические вещества, содержащие серу, медь или ртуть. Сера была, вероятно, первым эффективным  фунгицидом и широко применяется  до сих пор, особенно для борьбы с  мучнистой росой. Как отмечалось, предохраняют от грибковых заболеваний  сельскохозяйственные культуры. Сейчас наиболее распространены синтетические  органические фунгициды, например дитиокарбаматы. Антибиотики типа стрептомицина тоже используют для борьбы с грибами, однако чаще – для защиты растений от бактерий. Фунгицид системного действия перемещается по всему растению и действует подобно антибиотику, излечивая болезни, вызываемые грибами, или не давая им появиться. Фунгициды широко применяют для борьбы с плесенью. В хлеб, например, с этой целью добавляют пропионат натрия. Объем их производства и ассортимент значительно меньше, чем инсектицидов и гербицидов..

Пиретримы. Повышая активность пестицидов, можно снизить действующую концентрацию до безопасных для человека величин. Если пестициды первого поколения (в основном соединения мышьяка) сильно загрязняли водную среду, то пестициды второго поколения менее опасны. Среди них — препараты с высокой избирательностью и различной продолжительностью действия (от нескольких часов до многих месяцев). Многие из них под влиянием микроорганизмов, солнечного света, воды и воздуха полностью разлагаются на простые безвредные вещества. Таковы препараты из семейства пиретримов и их синтетических аналогов пиретроидов, которые вносят на поля в количестве 5—20 г/га, т.е. в 100—1000 раз меньше, чем в случаях традиционных пестицидов.

Гербициды – средства борьбы с сорняками. По функции гербициды  можно разделить на несколько  групп. В одну из них входят вещества, применяемые для стерилизации почвы; они полностью предотвращают  развитие на ней растений. К этой группе относятся хлористый натрий и бура. Гербициды второй группы уничтожают растения избирательно, не затрагивая нужных. Например, 2,4-дихлорфеноксиуксусная  кислота (2,4-Д) убивает двудольные сорняки  и нежелательную древесно-кустарниковую  растительность, но не вредит злакам. В  третью группу входят вещества, уничтожающие все растения, но не стерилизующие  почву, так что растения на этой почве  могут потом расти. Так действует, например, керосин, по-видимому, первое вещество, примененное в качестве гербицида. Четвертая группа объединяет гербициды системного действия; нанесенные на побеги, они перемещаются по сосудистой системе растений вниз и губят  их корни. Еще один способ классификации гербицидов основан на времени их применения, например, до посева, до появления всходов и т.д. В их числе наиболее широкое применение в сельском хозяйстве находят производные хлорфеноксиалкановых кислот, симметричного триазина, мочевины, тиокарбаминовой, хлорированных алифатических и бензойной кислот. 

Гербициды в основном значительно  менее токсичны для теплокровных, обладают и слабой кумулятивной способностью. Вместе с тем некоторые гербициды  небезопасны для окружающей среды. К их числу следует отнести  низшие эфиры, отличающиеся большой  летучестью. Значительная устойчивость хлортриазиновых препаратов при нарушении правил их применения может оказывать отрицательное воздействие на последующие посевы.

Дефолианты и десиканты. Для дефолиации сои, хлопчатника, картофеля  и некоторых других культур применяются: бутифос, цианид кальция, хлорат магния и хлорат-хлорид кальция. Хлориды также используются для дисикации ботвы картофеля, подсолнечника, риса и др.

Способы применения пестицидов. Пестициды используются 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 используются тальк, мел, гипс, каолин и др. Дусты производятся промышленными предприятиями, готовить их самостоятельно не разрешается. Гранулированные препараты приготовляются посредством пропитки гранул или различных минералов (бентонит, каолин, верникулит) или минеральных удобрений. В зависимости от назначения препараты выпускаются с диаметром гранул от 0,25 мм до 5 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 препаративной формы и назначения (обработка семенного материала, опрыскивание, опыление, обработка гранулированными препаратами).

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

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

Тактика применения инсектицидов обоснована задачей управления численностью популяций вредных видов. При  этом учитывается прежде всего экономический  уровень вредоносности: определяется плотность популяции вредителя, при которой с экономических  позиций целесообразно проводить  обработку.

Тактика применения фунгицидов в борьбе с грибковыми болезнями  — предупреждение заражения патогенными  микроорганизмами путем обеззараживания  посевного материала, а также  профилактика заражения растений и  распространения заболеваний в  период вегетации. Задача применения гербицидов в борьбе с сорной растительностью  состоит в замене ручного труда  на прополке и сокращении количества междурядной обработки почвы.

Последствия применения пестицидов

Многолетнее 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 2000 т ДДТ. Химические вещества вместе с водным стоком с полей попадают в реки и озера, накапливаются в донных отложениях, поступают в Мировой океан. Но самое главное — они включаются в экологические пищевые цепочки: из почвы попадают в воды и растения, затем — в организмы животных и птиц, а в конечном счете — с пищей и водой — в организм человека. И на каждом этапе миграции они наносят вред и ущерб. Однако, так как вредные насекомые со временем приспосабливаются к ядовитым свойствам этих веществ и эффективность пестицидов падает, их количество на единицу сельскохозяйственной продукции приходится постоянно 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, микробиологическое разложение и т.д., способность ядохимикатов сохраняться длительное время) в  большей мере определяет их опасность. Пестициды на основе хлорорганических, фосфорорганических и карбаматных соединений значительно отличаются по своей стойкости. ДДТ — типичное хлорорганическое соединение — способно более 50 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.

Из всех химических веществ, которые поступают в организм человека с воздухом, водой, пищей, наиболее опасными считаются пестициды. Стойкие  пестициды способны  накапливаться в жировой ткани людей и животных, отрицательно воздействуя на нервную  и сердечно-сосудистую системы.

Особенно опасны пестициды  для детей. В России, в районах ' массированного применения пестицидов, общая заболеваемость детей до 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, гексахлорциклогексан и другие стойкие пестициды содержатся в тканях птиц, млекопитающих, земноводных, пресмыкающихся, рыб, моллюсков и других обитателей суши, морских и пресных вод.

Содержание пестицидов в  тканях и органах живых организмов, точно так же 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 — 1-10 мг/кг, а в печени — 180— 1800 мг/кг.

Нерациональное применение пестицидов в сельском хозяйстве  приводит к их накоплению в почве, пищевых продуктах. Однако не вызывает сомнения, что повышение культуры земледелия, улучшение технологии внесения пестицидов, ограничение их применения в районах, близко прилегающих к  водоемам, строгая дозировка при  внесении в почву могут в значительной степени снизить их негативное воздействие.

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, аддрин, дилдрин и некоторые другие, из фосфорорганических — тиофос, карбофос и др., из карбаматов — севин, цинеб и др. Хлорорганические пестициды находят в продуктах животного и растительного происхождения, а фосфорорганические и карбаматы — преимущественно в растениях.

Накопление стойких химических веществ в продуктах питания  чаще всего связано 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 в 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.

Влияние пестицидов на биогеоценозы. Экологическая активность пестицидов зависит от характера экосистемы (целой или ее части), а также  от физико-химических свойств используемых препаратов. Пестицидами могут обрабатывать внутренний водоем, используемый для  разведения рыбы, земельный участок, на котором выращивают урожай, лесные насаждения, луга, животную или растительную популяцию.

Неблагоприятное воздействие  пестицидов на отдельные популяции  выражается в  уничтожении полезных организмов (главным образом насекомых-опылителей и энтомофагов) и, следовательно, в нарушении стабильности экосистемы с последующим размножением нежелательных для человека видов. Например, отмеченное в ряде стран массовое размножение красного плодового клеща при обработке ДДТ плодовых связывают с гибелью хищных клещей тифлодромид, а кровяной тли — с уничтожением паразита тлиафелинуса. Прекращение применения тех или иных пестицидов может вызвать вспышку размножения вредителей, длительное время угнетаемых пестицидами.

Как уже отмечалось, неблагоприятное  воздействие пестицидов в решающей степени зависит от их физико-химических свойств. Длительное время в сельском хозяйстве в качестве химических средств защиты растений применялись  главным образом неорганические пестициды, содержащие мышьяк, фтор, ртуть, обладающие чрезвычайно высокой  токсичностью. Применяли их с большими предосторожностями и в ограниченном количестве. Вместе с тем пестициды  этого класса не обладают способностью накапливаться в организме и  довольно быстро разлагаются в условиях внешней среды.

Более значительные нарушения  в биогеоценозах отмечаются при  систематическом применении стойких  высокотоксичных пестицидов, главным  образом хлорорганических соединений, особенно препаратов ДДТ и ГХЦГ. Эти препараты, как уже отмечалось, плохо разлагаются в воде и  почве, обладают способностью накапливаться  в организме растений, животных и  поэтому оказывают существенное воздействие на многие стороны биогеоценозов.