Классификация химических средств защиты растений

Химические вещества, используемые для защиты растений, называются пестицидами (лат. pestis — зараза, разрушение, cide — убивать). Пестициды классифицируются по химическому составу, объектам применения, а также по характеру действия и способам проникновения в организм.

По химическому составу выделяют три основные группы: неорганические соединения (соединения ртути, меди, серы, фтора, бария и т. д.);

органические соединения (хлорорганические, фосфорорганические соединения, синтетические пиретроиды, производные карбаминовой, тио- и дитиокарбаминовой кислот, нитрофенолы и т. д.) 1

препараты растительного, бактериального и грибного происхождения (пиретрины, антибиотики).

По объектам применения химические вещества подразделяют на следующие группы:

инсектициды { insectum - насекомое) - для борьбы с насекомыми; акарициды { acarus - клещ) - для борьбы с клещами; инсектоакарициды - для защиты растений одновременно от вредных насекомых и клещей; овициды (ovum - яйцо) - для уничтожения яиц вредных насекомых и клещей; ларвициды (larva - личинка) - для уничтожения личинок насекомых и клещей; моллюскициды - для борьбы с моллюсками; нематоциды { nematodes - круглые черви, фитогельминты) - для борьбы с вредными нематодами; родентициды (зооциды) - для борьбы с вредными грызунами; фунгициды { fungus - гриб) - для борьбы с грибными заболеваниями; бактерициды { bacteria - бактерия) - для борьбы с бактериями; антисептики (ant - против, septicos - вызывающий гниение) - для борьбы с гнилями древесины; гербициды { herbum, herbi - трава) - для уничтожения нежелательной травянистой (сорной, ядовитой) растительности; арборициды - для уничтожения нежелательной древесно-кустарниковой растительности; альгициды - для уничтожения водорослей; афициды - для борьбы с тлями; вермициды - для борьбы с червями; вирусоциды - для борьбы с вирусами; хемостерилянты - для половой стерилизации насекомых.

 

Классификация по объектам применения в известной степени условна, так как многие пестициды обладают универсальностью действия, т. е. способностью поражать разные группы вредных организмов. Например, карбатион уничтожает возбудителей грибных болезней, вредных насекомых и семена сорняков, ДНОК - насекомых, клещей и грибные болезни.

По характеру действия все пестициды подразделяют на две большие группы: контактного и системного действия. К контактным относят химические вещества, вызывающие гибель или подавление вредных организмов при контакте с ними. Системные пестициды способны проникать в растения, перемещаться в их тканях и вызывать гибель вредного организма (возбудителя болезни, вредителя) в результате питания.

По способу проникновения в организм и характеру действия инсектициды делят на кишечные, контактные и фумиганты.

Кишечные инсектициды вызывают отравление вредных насекомых при поступлении в организм вместе с пищей. Контактные инсектициды вызывают гибель насекомых при непосредственном контакте с ними, проникая через кожные покровы. Фумиганты - химические вещества, проникающие в организм насекомых и животных через дыхательные пути в виде газа или пара.

Данная классификация также условна, так как многие пестициды обладают всеми этими действиями одновременно.

Пестициды должны отвечать требованиям ГОСТа, т. е. быть стандартными. Стандарты предусматривают точное название пестицида, состав, содержание действующего химического вещества, наполнителей, тонину помола для дустов и смачивающихся порошков, влажность, способы отбора проб для анализа; в них указаны также вид упаковки, условия и срок хранения, технические условия на изготовление пестицида.

Пестициды обычно изготовляют из дешевого недефицитного и неогнеопасного сырья. Их применение должно быть экономически выгодным. Пестициды перевозят в легкой и простой таре и используют с малой нормой расхода на единицу обрабатываемой площади.

Государственными органами совместно с госкомиссией по химическим средствам защиты растений периодически рассматривается и утверждается специальный список химических и биологических средств борьбы с вредителями и болезнями растений, разрешенных для применения в лесном хозяйстве сроком на 5 лет. Ежегодно его пересматривают; все дополнения к нему выпускают отдельно.

 

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТОКСИКОЛОГИИ

 

Токсикология (лат. toxicon — яд, logoc — учение) — наука о ядах и их действии на организм.

Ядами называют вещества, которые при поступлении в организм в незначительных количествах различными путями (через дыхательные органы, кожу, пищеварительный тракт) способны вызывать нарушение его жизнедеятельности, переходящее при определенных условиях в болезненное состояние—отравление. Действие ядов основано на химических реакциях с веществами, входящими в состав клеток организма. Проникнув в живую клетку, яды изменяют физико-химические свойства цитоплазмы, разрушают мембраны органелл, нарушают реакцию среды и условия нормального функционирования клеточных белков, вызывают гибель клетки.

Особенно чувствительны к действию инсектицидов ферменты. Отравление какого-либо фермента, участвующего в важном метаболическом процессе, оказывает угнетающее, а иногда и летальное действие на организм насекомого. Инсектициды выступают как ингибиторы ферментов. Так, фосфорорганические инсектициды, являясь ингибиторами, подавляют действие ферментов, катализирующих гидролиз сложных эфиров, особенно сильно подавляют активность холинэстеразы и ацетилхолинэсте-разы, активизирующих расщепление ацетилхолина на холин и уксусную кислоту. Холинэстераза содержится в нервных тканях и участвует в передаче нервных импульсов,......

Действие яда может быть общим и местным, когда его влияние сказывается на определенные клетки и организмы. Избирательность токсического действия ядов проявляется и в отношении различных видов насекомых. Одни яды действуют на очень многих насекомых, другие—на ограниченное число видов.

Проникновение яда в организм насекомого происходит различными путями: с пищей через кишечный тракт, кожные покровы и органы дыхания. В зависимости от этого действие яда будет различным, и он вызывает у насекомых определенные симптомы отравления.

При кишечном отравлении насекомых яд поступает в организм с пищей, проходит через пищеварительный тракт, вызывая определенное местное действие: рвоту, отмирание эпителиального слоя средней кишки и нарушение работы ферментативных систем, что приводит к расстройству пищеварения. Затем яд поступает в гемолимфу и вызывает общее отравление организма.

Контактное отравление насекомых происходит различными путями. Чаще всего инсектицид, проникая через кожные покровы, ассимилируется жировой тканью и распространяется далее с током гемолимфы, достигая нервной системы.

Поступая в организм, яд может подвергаться различным изменениям и превращаться в еще более токсичные продукты или терять ядовитость. При этом продукты метаболизма инсектицидов выделяются через мальпигиевы сосуды, обезвоживаются в жировом теле и откладываются в клетках с последующим отделением при линьке насекомых.

Скорость отравления бывает различной и сопровождается нарушением обмена веществ. В организме уменьшается количество воды, жиров, белковых веществ, происходит деформация жирового тела, разрушаются форменные элементы гемолимфы.

Под действием инсектицидов может меняться окраска насекомых; их гибели иногда предшествует потеря в весе. Инсектицид при небольших дозах не вызывает смерти насекомого, но он нарушает физиологические функции отдельных органов и их дальнейшее нормальное развитие: у выживших после обработки особей появляется дегенеративное потомство, уменьшаются размеры и масса насекомых, снижается их плодовитость, увеличивается смертность в ближайших поколениях.

Иногда у насекомых наблюдается привыкание к яду. Оно может быть результатом применения слишком малого количества инсектицида или действия других факторов. В этом случае обычные смертельные дозы уже не действуют и их нужно значительно увеличивать. Особенно быстро развивается устойчивость к органическим веществам (7-20 поколений). Она может проявляться настолько сильно, что применяемый с успехом инсектицид совершенно теряет свое токсическое действие. Привыкание к яду — явление временное и при смене ядов быстро исчезает. Однако в процессе естественного отбора могут появляться особи с повышенной индивидуальной устойчивостью к отдельным ядам, она может закрепиться в поколениях и стать устойчивым наследственным признаком.

Токсичность пестицидов — их свойство в малых количествах нарушать нормальную жизнедеятельность организма и вызывать его гибель. Мерой токсичности является доза. Доза выражается в единицах массы (граммах, миллиграммах) из расчета на единицу поверхности, объема или массы вредного организма.

 

Степень опасности пестицидов для организмов характеризуется летальной (смертельной), сублетальной и пороговой дозами.

Летальная (смертельная) доза (ЛД) вызывает гибель подопытного объекта. Сублетальная доза нарушает жизнедеятельность организма, но не приводит его к гибели. Пороговая доза — это наименьшее количество вещества, которое вызывает изменения в организме, определяемые наиболее чувствительными биохимическими и физиологическими тестами при отсутствии внешних признаков отравления животного.

Точное установление токсической дозы пестицида для отдельно взятого животного, насекомого, растения невозможно, так как биологические объекты характеризуются различной индивидуальной чувствительностью к пестицидам. Поэтому в практике о токсичности судят по усредненной характеристике, чаще всего по дозам, вызывающим 50 %-ный эффект, - средне-летальным дозам (ЛД₅₀).

Токсичность зависит от целого ряда факторов, главнейшими из которых являются свойства самих пестицидов, биологические особенности живых организмов, против которых они применяются, и влияние внешних условий.

Токсические свойства пестицидов зависят от наличия в них определенного химического элемента (например, мышьяка, серы, хлора или фосфора) и строения вещества. Очень большое влияние оказывает пространственное расположение атомов (изомерия). Все изомеры гексахлорциклогексана (ГХЦГ) отличаются лишь пространственным расположением атомов хлора и водорода. Но инсектицидными свойствами обладает только g-изомер.

Токсичность различных соединений резко повышается с введением в их структуру токсофорных групп—химических радикалов или атомов, которые увеличивают токсичность вещества. К токсофорным группам можно отнести галоиды (С1, Вг, J, F), нитрогруппу, атомы тяжелых металлов (Hg, Sn, Си), группу родана и некоторые другие.

Например, галоидопроизводные углеводородов значительно более токсичны для насекомых, микроорганизмов и растений, чем соответствующие углеводороды. Бромистый метил - очень эффективный фумигант и относится к сильнодействующим ядовитым веществам, тогда как токсические свойства метана недостаточно выражены. При введении в молекулу фенола нитрогруппы инсектицидная активность резко повышается.

Один из факторов, влияющих на токсичность пестицида, - экспозиция (продолжительность контакта яда с организмом). Известно, что с увеличением экспозиции токсическое действие вещества возрастает, так как в организм поступает большое количество яда. При обработке растений и почвы экспозиция находится в прямой зависимости от продолжительности сохранности пестицида на растениях и в почве. При этом большое значение имеют физико-химические свойства пестицида и условия внешней Среды.

Химически стойкие и малолетучие вещества долго сохраняются на растениях и в почве. Поэтому для защиты растений предпочтительны высокотоксичные для вредных организмов химически стойкие пестициды, не обладающие другими отрицательными свойствами. Для большей сохранности высоколетучих веществ в состав препаратов вводят специальные вещества - антииспарители.

При внесении высоколетучих веществ (эптама, трефлана, карбатиона) в почву их тщательно заделывают или проводят мульчирование, что усиливает токсическое действие препаратов. и увеличивает их сохранность в почве.

Большое значение имеют такие свойства пестицида, как прилипаемость и смачивающая способность, которые увеличивают удерживаемость яда на обработанной поверхности и улучшают контакт вещества с вредным организмом. Для улучшения этих свойств к препаратам добавляют вспомогательные вещества - прилипатели и смачиватели.

Из условий внешней среды наибольшее влияние на токсичность пестицидов оказывает температура. Под ее воздействием может изменяться как активность самого вещества, так и реакция организма. С повышением температуры увеличиваются потери пестицида с обработанной поверхности, но одновременно токсичность его может повышаться, например, в результате образования более токсичных веществ (переход тионовых изомеров тиофосфатов в тиоловые). В то же время в условиях оптимальной температуры организм становится более чувствительным к яду, так как усиливаются процессы обмена веществ. Пестициды, токсичность которых увеличивается с повышением температуры, относят к веществам с положительным температурным коэффициентом, а токсичность которых с повышением температуры снижается - к пестицидам с отрицательным температурным коэффициентом. Большинство современных препаратов принадлежит к первой группе. Препараты с температурным коэффициентом используют как средство борьбы с вредителями в разные сезонные периоды.

Продолжительность сохранения токсичности резко уменьшается под воздействием влажности воздуха, солнечной радиации, ветра и осадков. Эти факторы косвенно снижают токсичность ядовитого вещества.

На токсичность пестицидов оказывают большое влияние и анатомо-морфологические особенности организмов, покрытых восковым слоем. Взрослые особи щитовок, защищенные восковым щитком, не погибают после обработки водными суспензиями или эмульсиями фосфорорганических инсектицидов, токсичных при внутренней инъекции. Это объясняется тем, что водные растворы практически не проникают под щиток указанных насекомых.

Высокоустойчивы к пестицидам яйца насекомых, споры грибов, цисты нематод благодаря малой проницаемости их защитных оболочек.

Многие вредные организмы имеют особые защитные реакции, препятствующие поступлению токсичного вещества в организм. К таким реакциям относятся: при кишечном отравлении— освобождение кишечника от отравленной пищи при рвотном акте и поносе; при отравлении фумигантами—изоляция органов дыхания у насекомых закрытием дыхалец, а при действии контактных ядов — выделение слизи, которая склеивает частицы яда, образуя своеобразный чехол вокруг голых слизней, аутотомия (отделение конечностей) у некоторых насекомых. При этом количество яда, поступившего в организм, резко сокращается.

Один и тот же пестицид может быть токсичным для одних вредителей или возбудителей заболеваний и нетоксичным или малотоксичным для других. Так, гусеницы кольчатого коконопряда более чувствительны к мышьяку, чем гусеницы златогузки; сера токсична для мучнисторосных грибов и не оказывает действия на ржавчинников.

Гусеницы первых возрастов более чувствительны к ядам, чем старших, против которых приходится увеличивать норму расхода пестицидов в 1,5-2 раза и более. В разных фазах развития организм насекомого неодинаково воспринимает воздействие яда. Во многих случаях фазы яйца и куколки устойчивее личинок и взрослых насекомых; некоторые пестициды действуют преимущественно на яйца насекомых.

Самцы и самки обладают различной восприимчивостью к инсектицидам. Так, самки менее чувствительны к кишечным ядам, чем самцы. Наконец, большое значение имеет состояние организма насекомого, содержание в нем воды и жира, уровень обмена веществ. Состояние организма, в свою очередь, зависит от внешних условий и пищи, изменяется в течение вегетационного периода. Все эти факторы следует учитывать при установлении нормы расхода и выбора концентраций пестицидов против конкретных вредных видов организмов.