Тема 2. Пестициды и их влияние на окружающую среду.

 

Пестициды (от лат. Pestis- зараза; caedo – убиваю) – это химические вещества, применяемые для борьбы с разными вредителями. Например, для борьбы с насекомыми используют инсектициды, с бактериями – бактерициды, с высшими растениями – гербициды, с грибами – фунгициды, с грызунами- родентециды, с тлей – афициды и т.д.

В эту группу веществ входят и антисептики, применяемые для предохранения разных неметаллических материалов от разрушения микроорганизмами. К ним также относятся вещества, используемые для предуборочного удаления листьев с растений (дефолианты), для подсушивания растений на корню (десиканты) или препараты для предпосевной обработки семян (протравители семян) и др. Пестициды являются крайне необходимыми средствами для борьбы за сохранение продуктов питания. Подсчитано, что без применения пестицидов потери от насекомых-вредителей, сорняков и болезней могут достигать 60% от ежегодного урожая. На сегодняшний день в мире производится и применяется до 3 млн т пестицидов в год (4 кг на одного чел. населения планеты). Из них около половины составляют инсектициды, более 30% - гербициды и около 20% - фунгициды. Широкое применение пестицидов связано и с их высокой экономической эффективностью, которая может быть охарактеризована следующим примером: прополка одним человеком 1 га сахарной свеклы требует не менее 20 рабочих дней, тогда как использование современных гербицидов позволяет решить эту проблему за 30-40 минут. Кроме того, применение некоторых гербицидов позволяет перейти к беспахотному земледелию, что резко сокращает расход горючего и труда.

По химическому строению пестициды (например, инсектициды) поразделяются на ряд классов:

Хлорорганические инсектициды –

хлорпроизводные многоядерных углеводородов (ДДТ), циклопарафинов (гексахлоциклогексан), соединений диенового ряда (гептахлор), алифатических карбоновых кислот (пропанид) и др. Важнейшими свойствами большинства хлорорганических пестицидов являются:

Персистентность

(высокая стойкость к воздействию различных факторов окружающей среды). Она характеризуется периодом полураспада или полного распада до простых химических соединений. Персистентность зависит от химической стабильности препарата и скорости метаболизма в живых организмах. Хлорсодержащие углеводороды разлагаются при очень высокой температуре, и в большинстве случаев в живых организмах нет ферментов, способных их расщепить;

2. Биоаккумуляция.

Она заключается в том, что малые, кажущиеся безвредными дозы, полученные в течение длительного времени, накапливаются в организме, создают в итоге токсичную концентрацию и наносят ущерб здоровью;

3. Биоконцентрирование

(накопление вещества при прохождении через пищевую цепь). В результате на вершине пищевой цепи концентрация пестицида в организме может стать в 100 000 – 10 000 000 раз выше, чем во внешней среде.

4. Канцерогенность (ДДТ, мирекс и др).

5. Токсификация в результате биотрансформаци.

Некоторые пестициды в живых организмах превращаются в более токсичные продукты (альдрин, мирекс).

Фосфорорганические инсектициды –

сложные эфиры фосфорной кислоты (например, диметилдихлорвинилфосфат ДДВФ), тиофосфорной кислоты (метафос), дитиофосфорной кислоты (карбофос, рогор), фосфоновой кислоты (хлорофос). Преимуществом фосфорорганических пестицидов является их относительно малая химическая и биологическая устойчивость. Большая их часть разлагается в растениях, почве, воде в течение месяца, но отдельные инсектициды и акарициды внутрирастительного действия (рогор, сейфос) могут сохраняться в течение года.

Карбаматные инсектициды –

сложные эфиры N -метакарбаминовой кислоты (например, севин). Они обладают избирательным действием на насекомых и почти полностью безвредны для теплокровных животных и человека.

Пестициды применяются в различных формах: в виде растворов, суспензий, аэрозолей, пены, газа, пыли, порошков, паст, гранул и капсул. Наиболее удобным и сравнительно безопасным является внесение их в почву в виде гранул и капсул, растворяющихся при определенной влажности и реакции среды почвенного раствора.

В зависимости от способности сопротивляться процессам разложения пестициды классифицируются как слабостойкие (сохраняются в окружающей среде 1- 12 недель), среднестойкие (1-18 месяцев) и очень стойкие (не разлагаются 2 года и более). Очевидно, что слабостойкие пестициды в окружающей среде практически не накапливаются.

ДДТ, его история

 

ДДТ (1,1,1-трихлор-2,2-бис- (4-хлорфенил)-этан):

 

 

был одним из первых мощных инсектицидов,способных уничтожать разнообразных вредных насекомых. В то же время именно на примере ДДТ человечество убедилось в коварстве пестицидов.

ДДТ был синтезирован в 1874 году австрийским химиком Омаром Цайдлером. В качестве инсектицида предложен Паулем Мюллером, обнаружившим в 1939 году его инсектицидные свойства. ДДТ заменил очень ядовитые соединения мышьяка и позволил спасти более 15 миллионов человек от малярии, предотвратить эпидемии сыпного тифа, энцефалита, сонной и слоновой болезни, чумы и туляремии. Именно поэтому Мюллер в 1948 году получил Нобелевскую премию в области медицины. Явными преимуществами ДДТ было то, что он не отпугивал насекомых, обладал широким спектром действия, был стоек, эффективен, его производство было недорогим, он казался не токсичным для животных и человека.

Но в 1950-1960 гг орнитологи заметили катастрофическое сокращение многих птиц, соответствующих вершине пищевых цепей (например, рыбоядных птиц белоголового орлана и скопы). Исследования показали, что проблема их сокращения связана с размножением: яйцо птиц разбивались в гнезде до вылупления птенцов. Хрупкие яйца содержали высокие концентрации ДДТ, оказывающего влияние на обмен кальция.

Оказалось,что ДДТ накапливается в жировых отложениях человека и животных, включая арктических тюленей и антарктических пингвинов, хотя они обитают на расстояниях, далеко отстоящих от мест применения пестицида. ДДТ обнаружен даже во льдах антарктиды на глубине четырех метров. И, наконец, в США обнаружили, что концентрация ДДТ в грудном молоке матерей в 4 раза больше ПДК.

В настоящее время в большинстве стран введен запрет на применение ДДТ (в Российской Федерации – с 1970 г.). Однако полный запрет на применение ДДТ существует не везде. Его до сих пор используют в Африке, Китае и Южной Азии; кроме того, во многих странах еще имеются большие запасы пестицида.Обладая высокой стойкостью (период полураспада ДДТ – 20 лет), он метаболизируется в окружающей среде и организме животных, давая метаболиты нескольких типов.

Установлено, что инсектицид ДДТ является канцерогеном и мутагеном, эмбриотоксином, нейротоксином, иммуннотоксином, изменяет гормональную систему, обладает способностью к накоплению в организме животных и человека. Для них токсичная доза препарата составляет 10-15 мг на кг, а 70-85 мг на кг является смертельной дозой. Для водоемов ПДК составляет 2 мкг/л.

С помощью тонкослойной хроматографии было установлено, что технический препарат этого инсектицида обычно содержит 75-76% основного вещества, а в качестве примеси в нем содержатся полихлорбифенилы (ПХБ).

 

Именно ПХБ безвредны для насекомых, но токсичны для людей.

Установлено, что до 97-99% инсектицидов и фунгицидов, а также от 60 до 95% гербицидов даже при строгом соблюдении всех правил попадают в почву, воздух и водоемы. Накапливаясь в окружающей среде, они по пищевым цепочкам в природных экосистемах могут многократно увеличивать свою концентрацию в ряде организмов растительного и животного происхождения.