Загрязнения вещества, применяемыми в растениеводстве

 

Остатки сельскохозяйственных ядохимикатов представляют наиболее значительную группу загрязнителей, так как присутствуют почти во всех пищевых продуктах. В эту группу входят пестициды, нитраты, нитриты, нитрозосоединения, регуляторы роста растений.

Пестициды. Химия и технология пестицидов - одна из самых динамичных областей хозяйственной деятельности человека.

Пестициды - общее наименование всех химических соединений, которые применяются в сельском хозяйстве для защиты культурных растений от вредных организмов (англ. реstis - паразиты, tide - уничтожать). Главной сферой их применения является растениеводство.

Ежегодно половину мировых запасов продовольствия съедают или повреждают насекомые, микроорганизмы, преимущественно плесневые микрогрибы, грызуны, птицы и другие вредители: они уничтожают урожай и в поле, и при уборке и отгрузке, и во время хранения.

Применение пестицидов в экономически развитых странах прочно вошло в практику возделывания основных сельскохозяйственных культур.

Оборот пестицидов в мире постоянно растет. В среднем ежегодный прирост составляет 4,2%. Этот рост главным образом обусловлен увеличением потребления пестицидов в США, Западной Европе, Японии. Оборот пестицидов в странах Восточной Европы и СНГ составил около 5%.

В мире ежегодно подвергаются испытаниям около 500 тыс. различных химических соединений на пестицидную активность, причем из этого огромного числа практический выход получают всего примерно 10-15 новых пестицидов. В мире в качестве пестицидов используется около 1500 активных соединений, входящих в состав 60 тыс. препаратов.

Пестициды различаются по объектам применения:

акарициды - для борьбы с растительноядными клещами;

альгициды - для уничтожения водорослей и другой сорной растительности в водоемах;

антигельминт - для борьбы с паразитическими червями у животных;

антирезистенты - специальные добавки, снижающие устойчивость насекомых к отдельным веществам;

антисептики - для предохранения деревянных и дру- гих неметаллических материалов от разрушения микроорганизмами;

арборициды - для уничтожения нежелательной древесной и кустарниковой растительности;

аттрактанты - для привлечения насекомых;

афициды - для борьбы с тлями;

бакгерициды - для борьбы с бактериями и бактериальными болезнями растений;

гаметоциды - вещества, вызывающие стерильность культурных растений и сорняков;

гербициды - для борьбы с сорными растениями;

десиканты - для предуборочного подсушивания растений;

дефолианты - для удаления листьев;

зооциды, или ротентициды, - для борьбы с грызунами;

инсектициды - для борьбы с вредными насекомыми;

инсектоакарициды - для борьбы одновременно с вредными насекомыми и клещами;

ларвициды - для уничтожения личинок и гусениц насекомых;

лимациды, или моллюскоциды, - для борьбы с различными моллюсками, в том числе с брюхоногими;

нематициды - для борьбы с круглыми червями (нематодами);

овициды - для уничтожения яиц вредных насекомых и клещей;

протравители семян - для предпосевной обработки семян;

регуляторы роста растений - вещества, влияющие на рост и развитие растений;

репелленты - для отпугивания вредных насекомых;

ретарданты - для торможения роста растений;

синергисты - добавки, вызывающие усиление действия пестицидов;

феромоны - вещества, продуцируемые насекомыми для воздействия на особей другого пола;

фумиганты - вещества, применяемые в паро- или газо- образном состоянии для уничтожения вредителей и возбудителей болезней растений;

фунгициды - для борьбы с грибными болезнями растений и различными грибами;

хемостерилизаторы — для химической половой стерилизации насекомых.

Классификация по объектам применения в известной степени условна, так как многие пестициды обладают универсальностью действия и поражают как насекомых (имаго), так и личинок и клещей, а некоторые гербициды при увеличении доз могут уничтожать древесно-кустарниковую растительность.

Во всем мире в среднем за год применяется около 3,2 млн т гербицидов, фунгицидов и инсектицидов (в среднем по 0,5 кг на одного жителя планеты). Ими обрабатывается более 4 млрд га земли.

Инсектициды представлены, главным образом, хлорорганическими и фосфорорганическими соединениями, карбаматами и синтетическими пиретроидами. Хлорорганические соединения получили наиболее широкое распространение и отличаются исключительно широким спектром действия, высокой активностью и дешевизной производства. Инсектициды по способности проникать в организмы вредителей, характеру и механизму действия делятся на контактные, кишечные, системные и фумиганты.

Фунгициды делятся на неорганические и органические, а по характеру действия на возбудителей болезней и способу проникновения в растения подразделяются на два типа: защитные и лечащие.

Гербициды составляют большую часть средств защиты растений и Европе (55-70%). В США гербицидами обрабатывается 80-90% посевных площадей. Они относятся к органическим соединениям из различных классов и подразделяются на препараты тотального и селективного (избирательного) действия.

Токсиколого-гигиеническая характеристика пестицидов. Многие пестициды, будучи малотоксичными, опасны в связи с возможностью мутагенного, тератогенного и канцерогенного действия при влиянии на организм даже в небольших количествах.

В условиях постоянного повышения роли химических воздействий в окружающей и производственной среде проблемы оценки степени потенциальной опасности пестицидов является одной из ключевых. Ко всем пестицидам предъявляются весьма жесткие требования по последствиям от их систематического применения.

По сравнению с химическими веществами другого назначения пестициды имеют особенность преднамеренного их внесения в окружающую среду, непредотвратимость циркуляции в ней, возможность контакта с ними больших масс населения, высокую биологическую активность, направленную на уничтожение вредных живых объектов. Критериями токсичности пестицидов являются величины токсических и смертельных доз при разных путях поступления в организм через кожу, легкие или желудочно-кишечный тракт. Помимо острой токсичности пестицидов особенно большие требования предъявляются к возможным отдаленным последствиям для человека и животных, так как при обработке растений 99-99,9% вносимых пестицидов попадают в почву, водоемы, атмосферу и в конечном счете - в сельскохозяйственное сырье.

Опасность пестицидов для человека определяют рядом критериев, характеризующих возможность поступления в организм и способность оказывать неблагоприятное действие. К критериям опасности относят их устойчивость в окружающей среде, стойкость к химическим, физическим и прочим факторам при технологической и кулинарной обработке пищевого сельскохозяйственного сырья и продуктов питания.

Степень опасности при работе с пестицидами определяется величинами среднесмертельной (ЛД₅₀) и пороговой (вызывающей минимальные нарушения) доз и концентраций при разных путях поступления в организм и зоной токсического действия (отношением ЛД₅₀к пороговой дозе). Чем эта зона уже, тем больше опасность острого отравления. Также она характеризуется способностью проникать через неповрежденные кожные покровы и оказывать токсическое действие, наличием и выраженностью кумулятивных свойств, свойств накапливаться в организме, которые определяются по коэффициенту кумуляции К. Чем меньше коэффициент К, тем опаснее вещество, так как коэффициент представляет собой отношение суммарной дозы, вызывающей гибель животных при повторном воздействии, к ЛД₅₀ при однократном введении.

Пестициды подразделяются по принятой в России классификации токсичности при введении в желудок экспериментальным животным следующим образом:

особо токсичные - ЛД₅₀ до 50 мг/кг;

высокотоксичные - ЛД₅₀ до 50...200 мг/кг;

среднетоксичные - ЛД₅₀ до 200... 1000 мг/кг;

малотоксичные - ЛД₅₀ более 1000 мг/кг

Отравления людей пестицидами подразделяются на острые и хронические, но оценить количественно те и другие чрезвычайно сложно.

Для оценки токсичности пестицидов в продуктах питания используют так называемую допустимую суточную дозу (ДСД), которая выражается в миллиграммах на килограмм и обозначает то количество препарата, которое можно принимать ежедневно внутрь в течение всей жизни, не испытывая при этом никаких болезненных симптомов. Наибольшая доза, которая в этих экспериментах не вызывала никаких заболеваний, называется концентрацией нулевого воздействия (КНВ) (no effect level). Допустимую суточную дозу для человека определяют по формуле

 

ДСД = 0,01КНВ.

Для установления максимально допустимых концентраций пестицидов в различных продуктах питания необходимо знать, какие количества продуктов питания употребляются в пищу ежедневно. Для пестицидов допустимая суточная доза потребления может быть определена следующим образом:

 

 

Применение химических средств в растениеводстве ставит ряд проблем.

Первая из них связана с тем, что хлорорганические и ртутьорганические соединения имеют тенденцию накапливаться в живых организмах. В некоторых случаях пестициды не только накапливаются в организме в количестве большем, чем в окружающей среде, но их концентрация возрастает по мере продвижения по пищевым цепям. Это явление называют эффектом биологического усиления.

Вторая проблема связана с продолжительностью сохранения пестицидов в почве или на культурных растениях после обработки. Хлорированные углеводороды и пестициды, содержащие мышьяк, свинец или ртуть, относятся к группе устойчивых, они не разрушаются за время одного вегетационного сезона под действием солнца, экзоферментов или микроорганизмов.

Экспериментально было установлено, что хлорорганические пестициды могут вызвать генетические изменения в человеческом организме. Другие компоненты пестицидов - ртуть и мышьяк практически никогда полностью не инактивируются: они циркулируют в экосистеме или оказываются захороненными в иле.

Длительная устойчивость пестицидов является основным фактором в процессе вторичного загрязнения, когда продукты питания, никогда не подвергавшиеся обработке пестицидами, тем не менее их содержат.

Циркуляция пестицидов может происходить по следующим схемам:

воздух —> растения —> почва —> растения —> травоядные животные —» человек;

почва —> вода —> зоофитопланктон —> рыба —> человек.

Таким образом, пестициды, являясь важным фактором воз- действия человека на окружающую среду, опасны тем, что могут оказывать на нее различные отдаленные побочные действия (табл. 4).

 

Таблица 4. Отдаленные воздействия пестицидов на окружающую среду

 

Элементы окружающей среды	Потенциальные побочные явления
Абиотическая окружающая среда	Наличие остаточных количеств в почве, воде, воздухе
Растения	Наличие остаточных количеств. Повреждения из-за фитотоксичности. Изменения в вегетационном развитии (при использовании гербицидов)
Животные	Наличие остаточных количеств в домашних и диких животных. Физиологические воздействия (нежизнеспособность яиц птиц). Смертность определенных диких видов (млекопитающих, птиц, рыб). Смертность полезных, вредных и паразитирующих насекомых. Изменение численности насекомых (развитие вредителей второго поколения в результате смертности полезных, вредных и паразитических насекомых)
Человек	Наличие остаточных количеств в органах и тканях. Профессиональные заболевания
Пища	Наличие остаточных количеств
Организмы, с кото- рыми ведется борьба	Развитие резистентности

 

Обследование, проведенное во Франции, показало, что в большинстве случаев вредное воздействие пестицидов оказывается из-за поступления их в организм человека с продуктами питания растительного и животного происхождения (табл. 5).

 

Таблица 5. Годовое поступление пестицидов в организм человека с продуктами питания

 

Компонент питания	Годовое потребление, кг/чел	Содержание остаточных количеств, мкг
Линдан	Метафос	Карбофос
Рыба	9,56	7,3	-	-
Мясо	68,42	6,1	-	-
Молочные продукты	107,39	17,4	-	-
Растительные масла	11,1	26,8	-	-
Зерно и зерновые продукты	85,2	6,6	-	96,7
Овощи	144,8	4,9	45,3	53,6
Фрукты	71,5	6,0	173,8	56,2

 

Поступление с пищей предельно допустимых остаточных количеств пестицидов (официально разрешенное безвредное количество остатков пестицидов в пище в миллиграммах на килограмм того или иного продукта), как правило, не приводит к острым отравлениям. Оно проявляет себя растянутым во времени хроническим действием со слабовыраженной этиологией либо практически никак себя не проявляет. Непосредственный контакт с пестицидными препаратами, потребление продукции с высоким их содержанием может стать причиной острых отравлений и даже гибели людей.

По данным ООН, ежегодно почти у 1 млн человек регистрируют отравления пестицидами, применяемыми при обработке сельскохозяйственных культур, из них около 40 тыс. человек погибают, хотя число острых отравлений, вызванных пестицидами, как правило, не превышает 10% общего числа острых отравлений.

Третья проблема - это способность вредителей становиться устойчивыми к пестицидам. Например, выявлена резистентность (устойчивость) у 91 вида фитопатогенов к 40 фунгицидам, у 7 видов грызунов - к ротентецидам, у более 50 видов сорных растений - к гербицидам. Обнаружены популяции колорадского жука и тепличной белокрылки с резистентностью к группе пиретроидных инсектицидов.

С четвертой проблемой столкнулись сравнительно недавно. Пестициды основное влияние оказывают на живую фазу почвы. Было установлено, что почвенные микроорганизмы адаптируются к пестицидам и начинают разрушать или использовать их либо угнетаются и погибают.

Альтернативу использованию пестицидов представляет экологизированная система защиты от болезней, вредителей и сорняков, включающая биологические методы борьбы.