Действие пестицидов на живые организмы и окружающую среду

Пестициды обладают различной физиологической активностью и в зависимости от физико-химических свойств, доз, способов и сроков применения могут оказывать фитотоксическое или стимулирующее действие на защищаемые растения.

Способность пестицидов оказывать токсическое (отравляющее) воздействие на растение называют фитотоксичностью. Она проявляется при неправильном применении пестицидов, когда завышаются допустимые концентрации или нарушается технология обработки растений. При этом пестициды могут вызвать повреждение защищаемых древесных пород, а также соседних с ними деревьев и подлеска. Действие пестицидов на растения начинается с момента контакта и проникновения через листья, стебли или корни. При быстром распространении по растению пестициды вызывают общее отравляющее действие, оказывающее влияние на весь организм. Если пестицид распространяется медленно и локализуется в местах проникновения в растения, он оказывает местное действие. Оно чаще всего проявляется в виде ожогов листьев, на которых появляются бурые и коричневые пятна. Ожигающее действие пестицидов обусловлено ионами водорода в рабочем растворе и зависит от степени электролитической диссоциации соединений.

При общем повреждении растений происходят глубокие физиологические изменения в транспирации, фотосинтезе, водном обмене, ферментативных реакциях. При сильном отравлении растение может погибнуть. Поступающие в растение пестициды подвергаются метаболизму с образованием в конечном счете нетоксичных продуктов. В некоторых случаях на первом этапе метаболизм характеризуется переходом пестицидов в более токсичные для вредителей соединения, а затем в нетоксичные вещества. Так, карбофос переходит в более токсичный малаоксон. Скорость метаболизма весьма различна. Она зависит от свойств пестицида, видовых и возрастных особенностей растений. Обычно он длится 7—20 дней.

Пестициды могут оказывать на растения и стимулирующее влияние, что приводит к усилению роста, увеличению плодоношения, их большей устойчивости. Такое действие оказывает, например, гексахлоран на семена многих растений, на молодые сеянцы сосны при внесении в почву. Стимуляция жизнедеятельности растений вызывается обычно минимальными дозами пестицидов.

При подборе и испытании пестицидов необходимо проверить их действие на растения. Пестицид по возможности должен быть малотоксичным для растений, но сильно действующим на вредный организм. Пригодность препарата характеризуется хемотерапевтическим коэффициентом (ХК), который выражается отношением минимальной дозы пестицида, убивающей вредный организм (Д₁), к максимальной дозе, переносимой защищаемым растением (Д₂), т. е. ХК=Д₁/Д₂.

Большинство применяемых пестицидов в той или иной степени токсично для человека и теплокровных животных. Проникнув в организм, пестициды быстро распространяются в нем, избирательно накапливаясь в отдельных частях или органах тела. При этом одни связываются белками или другими компонентами клеток, другие подвергаются метаболизму и выводятся из организма. Например, фосфорорганические соединения обнаруживаются в различных тканях организма уже через несколько минут после введения и достигают максимальной концентрации во внутренних тканях через 0,5-6 ч после введения. При однократном введении они полностью выводятся из организма через 24-26 ч. Хлорорганические соединения накапливаются медленнее. Их максимальные концентрации наблюдаются в организме через 25 дней и более после введения.

В больших количествах пестициды накапливаются в печени, почках, сердце. Процессы метаболизма наиболее активно происходят в печени, почках и тканях кишечника. Его продукты выводятся через почки, желудочно-кишечный тракт, легкие, кожу и молочные железы.

Пестициды оказывают разнообразные воздействия на организм теплокровных животных и человека, поражая важные органы, нарушая процессы обмена, усугубляя течение имеющихся ранее заболеваний. Под влиянием многих пестицидов нарушается синтез гемоглобина, возникают изменения морфологического состава крови. Хлорорганические пестициды действуют на центральную нервную систему, блокируют ряд дыхательных ферментов, нарушают функции печени, почек и других органов. Большинство фосфорорганических инсектицидов ингибирует холинэстеразную активность ферментов, некоторые инсектициды вызывают кожные заболевания, действуют на органы дыхания, стимулируют образование опухолей, вызывают нежелательные мутации, нарушают процесс оплодотворения и развития плода.

В зависимости от токсичности и степени опасности для человека и теплокровных животных создана гигиеническая классификация пестицидов в целом. Она основана на токсическом воздействии пестицидов, вводимых в желудок экспериментальным животным (крысам), и определяется в миллиграммах на 1 кг живой массы. По этому принципу пестициды делят на четыре группы:

сильнодействующие ядовитые вещества ЛД₅₀ - до 50 мг/кг;

высокотоксичные ЛД₅₀ - 50-200 мг/кг;

среднетоксичные ЛД₅₀ - 200-1000 мг/кг;

малотоксичные ЛД₅₀ - более 1000 мг/кг.

Все пестициды, в том числе инсектициды, применяющиеся в сельском и лесном хозяйстве, распределены по этим группам. Использование сильнодействующих и высокотоксичных пестицидов ежегодно уменьшается. Работа с ними требует особых мер предосторожности, проводится по специальным инструкциям обученным персоналом.

Наряду с приведенной выше классификацией используют еще классификации по токсичности пестицидов при поступлении через кожные покровы, по кумуляции, т. е. способности накапливаться в организме, по стойкости (в почве), по способности вызывать опухоли у животных (на людях не установлено) и мутагенности.

Во время химической борьбы с вредителями обычно гибнет большое количество полезных насекомых. Накопилось много данных о гибели энтомофагов и пчел из-за хлорорганических пестицидов. Влияние фосфорорганических инсектицидов на полезных насекомых изучено недостаточно. Известно, что различные препараты этой группы обладают своим специфическим спектром действия. Например, в дубравах Воронежской области от карбофоса погибло большое количество пауков, различных сосущих насекомых, муравьев, кокцинеллид и др. Зарегистрирована смертность более 200 видов различных насекомых, которые принадлежат к 9 отрядам и 54 семействам.

Пестициды обладают свойствами, которые усиливают их отрицательное воздействие на окружающую среду. Технология применения пестицидов предполагает прямое их попадание на объекты окружающей среды, где они находятся до полного распада. В любой экосистеме пестициды передаются по цепям питания и долгое время циркулируют во внешней среде, попадая из почвы в воду, из воды в планктон, затем в организм рыбы и человека или из воздуха и почвы—в растения, организм травоядных животных и человека.

Пестициды обладают большой биологической активностью, что опасно для животных компонентов экосистем и человека, способностью накапливаться в организмах, стойкостью к природным условиям. Все чаще проявляются последствия действия пестицидов вследствие их миграции в окружающей среде на большие расстояния.

Показательна судьба ДДТ (дихлордифенилтрихлорэтана), препараты которого широко использовались во всех странах мира. Он был синтезирован в 1873 г., но его инсектицидная активность установлена только в 1939 г. После второй мировой войны ДДТ был самым распространенным и универсальным инсектицидом. Обладая высокой токсичностью для насекомых, он был в 100 раз менее ядовит для человека и теплокровных животных, чем мышьяк (который применяли до ДДТ). Практически он считался безвредным. Поэтому в значительной мере были забыты осторожность и многие правила обращения с пестицидами. За 25 лет применения было рассеяно на Земле около 1,5 млн т ДДТ. Длительное и неограниченное применение ДДТ стало сказываться на многих сторонах жизни экосистем, так как его препараты разлагаются очень медленно и происходит их накопление в воде, почве и живых организмах. Особенно чувствительны оказались птицы, в организм которых ДДТ проникал по цепям питания. Широко известен случай со странствующим американским дроздом. В США проводились работы по борьбе с вязовым заболонником с помощью препаратов ДДТ. Частицы препарата попадали в почву и поглощались дождевыми червями, почти не восприимчивыми к ДДТ, но способными концентрировать его в своих тканях. Поедая червей, дрозды поглощали вместе с ними ДДТ, к которому оказались крайне чувствительны мозг и нервная система этих птиц. В итоге произошла массовая смертность птиц, достигшая в некоторых случаях 86 %.

При изучении влияния инсектицидов на орнитофауну Англии они были обнаружены у 106 видов птиц, больше всего у хищных и рыбоядных. Ряд работ, проведенных в сельскохозяйственном институте штата Мэриленд (США), выявил связь между нарушением воспроизводства птиц под влиянием хлорорганических инсектицидов и развитием яиц с ненормально тонкой скорлупой. Такие яйца обладают повышенной хрупкостью и часто раздавливаются при насиживании. Это явление, по-видимому, обусловлено понижением активности карбогидразы в скорлупо-образующих железах. Введение в белок или желток трехдневного куриного эмбриона 5-10 мл диэлдрина снижало вылупляемость цыплят на 30-45 % и вызывало гибель вылупившихся птенцов либо в первые 24 ч, либо в течение первой недели жизни.

На птиц отрицательно влияют и фосфорорганические инсектициды. Так, в первые же дни после авиаопрыскивания леса, поврежденного еловой почкоедкой в штате Монтана (США), рогором (1,2 кг/га) численность птиц уменьшилась на 25%, тогда как на контрольном участке число их увеличилось. Исследования, выполненные в дубравах и сосновых культурах на Украине, также подтверждают, что после авиахимических обработок карбофосом птицы мигрируют в незатронутые борьбой насаждения и бросают свои гнезда в период их постройки и даже кладки яиц.

Многие хлорорганические инсектициды очень токсичны для большинства рыб. В связи с этим запрещено обрабатывать препаратами гексахлорина древесину, предназначенную к сплаву. Менее токсичны для рыб фосфорорганические инсектициды.

Инсектициды оказывают определенное влияние и на активность почвенной микрофлоры и фауны. Фосфорорганические инсектициды в рекомендуемых дозах стимулируют развитие отдельных групп микроорганизмов, а в повышенных — сначала вызывают угнетение, а затем стимуляцию активности почвенной микрофлоры. Хлорорганические инсектициды в рекомендуемых дозах не оказывают влияния на почвенную микрофлору, но вызывают значительную гибель различных членистоногих. Почти не действуют на дождевых червей и нематод.