Пестициды
• Название "пестициды" происходит от двух латинских слов "pestis" — зараза и "cido" — убиваю. • Пестициды - вещества, предназначенные для борьбы с животными- и растениямивредителями с целью повышения урожайности и сохранения материальных ценностей, созданных человеком. • Пестициды - широкое понятие, охватывающее множество химических веществ, так или иначе угнетающе воздействующих на живую природу.
• Наиболее желательным свойством пестицидов - является избирательность их действия в отношении организмов-мишеней (насекомых, грызунов, растений и т. д). • Однако избирательность действия подавляющего большинства пестицидов не является абсолютной, поэтому многие вещества представляют большую или меньшую опасность для человека. • Основной риск, связанный с использованием пестицидов, обусловлен их накоплением в окружающей среде, перемещением по пищевым цепям, вплоть до человека.
• Пестициды – собирательный термин, охватывающий химические соединения различных классов, применяемые для борьбы с вредными организмами в сельском хозяйстве, здравоохранении, промышленности, нефтедобыче и многих других случаях. • Пестициды начали использовать еще в войсках Александра Македонского для борьбы с паразитами человека (порошок долматской ромашки).
• В здравоохранении пестициды применяют для борьбы с членистоногими – переносчиками таких опасных заболеваний, как малярия, чума, туляремия, энцефалит, многие кишечные заболевания. • В здравоохранении и ветеринарии пестициды используют против эктопаразитов. • В промышленности – для предохранения неметаллических материалов (полимеров, древесины, текстильных изделий), борьбы с обрастанием морских судов ракушками, особенно в южных морях, для борьбы с сероводородобразующими бактериями, для предохранения труб от коррозии. • В наибольших масштабах пестициды используют в сельском хозяйстве.
По химическому составу пестициды подразделяют на: • • • фосфорорганические, хлорорганические, карбаматы, ртутноорганические, производные хлорфеноксиуксусной кислоты, производные мочевины, производные триазина, гетероциклические соединения, нитро- и хлорпроизводные фенола, медьсодержащие соединения, циан- и родансодержащие соединения, фторсодержащие соединения.
Классификация пестицидов Пестициды делят на группы в зависимости от того, какие организмы они поражают. • • • • Гербициды применяют против сорных растений. Ретарданты - регуляторы роста растений, используемые для борьбы с полеганием различных культур. Дефолианты - для дефолиации (удаления листьев). Десиканты – для подсушивания растений на корню, чтобы облегчить уборку урожая, а также для предохранения от заморозков и засухи. Бактерициды – против бактерий, вызывающих заболевания растений. Фунгициды – против паразитических грибов. Альгициды – против водорослей. Инсектициды - против насекомых. Акарициды - против клещей. Аттрактанты – вещества, привлекающие насекомых Репелленты – отпугивающие насекомых. Нематоциды – против круглых червей. Молюскоциды – против молюсков Родентициды (зооциды) - против грызунов. Ларвициды – средства для уничтожения личинок и гусениц и др.
Гербициды • По функции гербициды можно разделить на несколько групп: • 1. Вещества, применяемые для стерилизации почвы - они полностью предотвращают развитие на ней растений. К этой группе относятся хлористый натрий и бура. • 2. 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. • 3. Вещества, уничтожающие все растения, но не стерилизующие почву, так что растения на этой почве могут потом расти. Так действует, например, керосин, повидимому, первое вещество, примененное в качестве гербицида. • 4. Объединяет гербициды системного действия. Нанесенные на побеги, они перемещаются по сосудистой системе растений вниз и губят их корни.
Примеры гербицидов • Гербициды, широко используемые для борьбы с сорняками в посевах злаков - это производные арилоксифеноксипропионовой кислоты, а для борьбы с сорняками в посевах сахарной свеклы успешно применяется препарат фюзилад-супер при нормах расхода 125 г/га • В последнее время широко применяются производные сульфонилмочевины, из которых в практических условиях используют более десяти препаратов. Используют низкие нормы расхода, так как повышение норм расхода может вызвать отрицательные последствия.
Гербициды • Печальную известность, после войны США против Вьетнама, получили производные феноксиуксусной кислоты, входившие в состав так называемой "оранжевой смеси", использовавшейся американцами в качестве дефолианта. • Эти вещества практически не токсичны для человека. Однако, содержавшийся в качестве примеси тетрахлордибензодиоксин (ТХДД) вызывал острые токсикозы у людей. Кроме того это вещество обладает свойствами иммунотоксиканта, тератогена, мутагена и канцерогена (отдаленные последствия).
Фунгициды • Фунгициды широко применяют для борьбы с грибковыми заболеваниями. Часто используют для борьбы с плесенью. • 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. • Из органических соединений первым стали применять против грибов формальдегид. • Сейчас наиболее распространены синтетические органические фунгициды, например дитиокарбаматы, которые применяют для протравливания семян перед посевом (ТМТД, манеб, цинеб, поликарбацин, манкоцеб).
Фунгициды • В качестве фунгицидов широко используются соединения меди (для обработки плодовых кустарников и деревьев – медный купорос)и новые системные фунгициды (системными фунгицидами называются вещества, способные передвигаться по сосудистой системе растений, излечивая болезни, вызываемые грибами, или не давая им появиться). • Большим достижением последних десятилетий является открытие системного фунгицидного действия убенлата и производных триазола и морфолина. • Наиболее распространенными препаратами триазолового ряда являются байтан, байлетон и пропиконазол. Применение системных фунгицидов позволяет эффективно бороться со многими возбудителями грибковых заболеваний растений, в том числе с такими, как фузариум, который вырабатывает ядовитые микотоксины.
Инсектициды • Инсектициды обычно классифицируют по способу их действия: 1. Инсектициды кишечного (системного) действия, например мышьяк, убивают вредителей, поедающих обработанные ими растения (они легко проникают в ткани растений). 2. Инсектициды контактного действия, например ротенон, убивают насекомых, попав на поверхность их тела (проникают через хитин). 3. Фумиганты, например метилбромид, действуют, проникая в организм насекомого через дыхательные пути (дыхальца).
Инсектициды • Самыми известными инсектицидами являются хлорорганические соединения (ХОС): ДДТ, линдан, гексахлоран. • ДДТ – дихлордифенилтрихлорэтан. Хотя это вещество синтезировано еще в 1874 году, его инсектицидные свойства были обнаружены лишь в 1939 году швейцарским химиком Паулем Мюллером, удостоенным за это открытие десять лет спустя Нобелевской премии.
Практическое использование ДДТ • ДДТ считали «идеальным» инсектицидом и широко использовали по всему миру в течение 20 лет. • Затем производство его было сокращено и полностью запрещено вследствие обнаружения токсических и кумулятивных свойств в 1972 году во многих странах, хотя кое-где его продолжают использовать до сих пор. • Сначала ДДТ использовался против моли на одежде. • В январе 1944 года с помощью ДДТ была предотвращена эпидемия тифа в Неаполе. Это первая зимняя эпидемия тифа, переносимого вшами, которую удалось остановить. • В Индии благодаря ДДТ в 1965 году ни один человек не умер от малярии, тогда как в 1948 погибло 3 млн. человек.
Токсические свойства ДДТ • В организме человека ДДТ может: - накапливаться в жировой ткани. - повышать риск развития рака. - нарушать структуру генетического аппарата. - повреждать репродуктивную функцию. - приводить к заболеванию крови. У птиц ДДТ приводит к нарушению формирования яичной скорлупы, которая совсем не формируется или становится ломкой. В Калифорнии после обработки ДДТ гнездовий чаек среди них появилось в четыре раза меньше самцов, чем самок.
Инсектициды • В настоящее время в качестве инсектицидов для борьбы с членистоногими используют главным образом другие, менее токсичные пестициды. Например: фосфорорганические соединения (ФОС), синтетические пиретроиды (изначально выделены из цветков ромашки – перетрум).
Формы применения пестицидов. • 1. Смачивающиеся порошки, которые при разведении водой дают устойчивую суспензию. Они содержат действующее вещество, наполнитель, детергент и иногда некоторые вспомогательные вещества. Содержание действующего вещества может колебаться от 1 до 90%. • 2. Концентраты эмульсий, которые с водой образуют устойчивую эмульсию. Концентрат эмульсии содержит действующее вещество, растворитель, детергент и вспомогательное вещество. Содержание действующего вещества в зависимости от активности соединений может колебаться от 1 до 90%. • 3. Дусты для опыливания. Они содержат наполнитель, действующее вещество и вспомогательные вещества. Содержание действующего вещества в дустах может колебаться от 1 до 20%. • 4. Гранулы с различной величиной частиц, содержащие действующее вещество, наполнитель, вспомогательные вещества. Величина гранул может колебаться в широких пределах в зависимости от назначения, содержание действующего вещества – от 1 до 10%. • 5. Растворы.
Требования к «идеальным» пестицидам • Для уменьшения возможной опасности разработаны следующие требования к современным пестицидам: • 1) низкая токсичность для человека, животных и других объектов окружающей среды; • 2) отсутствие отрицательных эффектов при длительном воздействии малых доз, в том числе мутагенного, канцерогенного и тератогенного действия; • 3) низкая персистентность (низкая устойчивость в окружающей среде со временем разложения не более одного вегетационного периода).
По стойкости во внешней среде пестициды делятся на четыре группы в зависимости от периода полураспада: • 1) очень стойкие – 1 -2 года (ХОС, соединения селена); • 2) стойкие – от 6 мес. до 1 года (производные галоидбензойных кислот и некоторые амиды кислот); • 3) умеренно стойкие – 1 -6 мес. (карбаминовые кислоты, производные мочевины); • 4) малостойкие – до 1 мес. (ФОС).
В зависимости от токсичности все пестициды делятся на четыре группы: • • Сильнодействующие ядовитые вещества- ЛД 50 до 50 мг/кг массы тела животного; Высокотоксичные— ЛД 50 50 - 200 мг/кг; Средней токсичности — ЛД 50 200 -1000 мг/кг; Малотоксичные — ЛД 50 выше 1000 мг/кг.
• Большинство современных пестицидов заметно более безопасны, чем многие лекарственные средства. • Например: ЛД 50 поваренной соли – 3750 мг/кг, кофеина – 200 мг/кг, аспирина – 1750 мг/кг, а современных гербицидов – производных сульфонилмочевины – 5000 мг/кг. • По статистике отравлений в США наибольшее число смертельных случаев отмечено при отравлении алкоголем и менее 2% – от пестицидов и минеральных удобрений.
Экономическая эффективность применения пестицидов. • Широкое применение пестицидов связано 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 мин.
Применение • Мониторинг, проводимый в США за содержанием пестицидов в пищевых продуктах, показывает, что 80 -90% их не содержит пестицидов совсем, 10% содержит допустимые нормы и только 0, 7% – выше нормы. • Следует отметить, что в странах наиболее интенсивного применения пестицидов самая высокая продолжительность жизни людей, что характеризует отсутствие их достаточно заметного отрицательного влияния при правильном применении.
Применение • Современное сельское хозяйство не может обходиться без пестицидов – химических средств борьбы с болезнями, вредителями и сорняками. • Во всем мире пестициды используются на площади 1, 4 млрд. га на сумму 38 млрд. долл. • В России ежегодно пестициды применяются на площади 30– 35 млн. га в количестве 30 тыс. тонн. • Существует ряд международных и национальных конвенций (в том числе и в России), регулирующих оборот пестицидов.
Последствия нерационального применения • По данным Всемирной продовольственной организации ООН (ФАО) за 2002 год, в странах ЕС 40% из проверенных образцов фруктов, овощей, зерна содержали остатки пестицидов, 15% – содержали остатки сразу нескольких пестицидов, а в 5% их количество превышало предельно допустимые концентрации. • В России мониторинг содержания остатков пестицидов в сельскохозяйственном пищевом сырье и продуктах питания проводится не регулярно. Однако, по имеющимся сведениям, они содержатся примерно в 10% проверенных образцов. • При этом надо учитывать, что до последнего времени контролировалось содержание всего четырех пестицидов, причем не самых опасных. И только сейчас планируется контролировать содержание в зерновых культурах – 125 остатков пестицидов.
Последствия нерационального применения • Массовое применение пестицидов началось после Второй мировой войны, когда в большинстве стран были сложности с продовольствием и трудная эпидемическая ситуация. • Казалось, что пестициды легко и просто решают обе проблемы. Их производство с середины 1940 -х годов до середины 1980 -х стабильно возрастало. • К началу 1990 -х рост несколько замедлился, но затем вновь подпрыгнул в 1994 г. , достигнув объема продаж в 27, 8 млрд. долларов (что соответствует объему более чем в 2, 5 млн. т), на этот раз — за счет стран Азии и Латинской Америки. Эти два региона потребляют сейчас треть производящихся в мире пестицидов, и прогнозируется дальнейший рост. При этом по данным на 1990 г. в развивающихся странах ежегодно происходит 25 млн. случаев острых отравлений сельскохозяйственных рабочих пестицидами.
Последствия нерационального применения • В СССР к середине 1980 -х гг. выпускалось в год свыше 3000 тыс. т. пестицидов 60 наименований. К концу десятилетия СССР занимал восьмое место в мире по производству пестицидов. При этом значительная часть (30 -40 %), закупалась также за рубежом. • Ряд пестицидов СССР экспортировал в развивающиеся страны, в том числе и запрещенные внутри страны, такие, как ДДТ и другие ХОС. Пестициды использовались без применения надлежащих средств защиты и небезопасными способами, в неточных концентрациях; хранились (и хранятся) в неприспособленных и необорудованных помещениях; люди выходили на поля после обработки их пестицидами, не выждав положенного срока. Широко известно, что пестициды или их метаболиты можно найти в организмах людей по всему миру, в том числе и там, где они никогда не применялись, например, у жителей крайнего Севера.
Последствия нерационального применения • Проблема пестицидов — одна из проблем, порожденных перенаселением Земли. Громадное количество людей, требует столь же громадного количества пищи, которая производится преимущественно в виде растительных монокультур, истощающих почву, подрывающих биоразнообразие и приводящих к ненормальному размножению определенных, питающихся этими монокультурами, видов паразитов, которых люди тут же записывают во “вредители”. • Для ограничения их численности чаще всего пытаются пойти по привычке самым коротким и дешевым путем массового химического уничтожения — но путь оказывается далеко не самым выигрышным.
Последствия нерационального применения • Считалось, что «затраты» на применение пестицидов окупаются в 5 -12 раз. Однако эта величина рассчитывалась без учета стоимости вреда, наносимого ими природе и здоровью людей. • Только экономический ущерб от уничтожения пестицидами насекомых-опылителей, который относительно легко рассчитать, составляет 30 -40 % получаемой прибыли. Речь идет не только об инсектицидах — распространенный и поныне гербицид 2, 4 -Д смертелен для пчел; с другой стороны, инсектицид линдан оказался способен подавлять развитие ячменя. • Рыбное хозяйство Азовского бассейна с 1952 по 1975 г. потеряло рыбы в результате отравления водоемов более чем на 2 млрд рублей — это тоже лишь один из наиболее очевидных примеров.
Резистентность • Сколько-нибудь заметно увеличить действенность пестицидов не удается в принципе, так как вступает в силу один из самых базовых принципов живой природы — принцип изменчивости. Применение пестицида производит среди “вредителей” немедленный и эффективный отбор именно по признаку устойчивости к данному пестициду. Возникает резистентность • Например, сейчас уже 110 видов наиболее опасных фитопатогенных грибов стали высокоустойчивыми к 50 наиболее распространенным фунгицидам. А ведь грибные болезни вызывают 80% потерь урожая сельскохозяйственных культур.
Резистентность • Малярийные комары, ставшие одной из первых мишеней пестицидов и всегда приводившиеся в пример как один из главных успехов химизации, выработали уже устойчивость ко всем применявшимся против них пестицидам и распространенность переносимого ими заболевания к 1990 -м гг. даже увеличилась. • Другой пример — хлопководы из Перу, одними из первых, еще в середине 1950 -х, столкнувшиеся с неприятными последствиями увлечения ядохимикатами. Вместо семи основных видов “вредителей”, с которыми они начинали борьбу, вскоре им пришлось иметь дело с 13, так как из-за уничтожения насекомых-хищников на сцену вышли виды, не имевшие ранее экономического значения, и все 13 отличались высокой устойчивостью к пестицидам.
• • Вред экологии Вред, наносимый пестицидами живой природе, не поддается точной оценке — но совершенно точно можно сказать, что он огромен. Главное значение здесь имеют два фактора: то, что все синтетические пестициды — вещества, чуждые живой природе и недоступные метаболическому разложению и то, что практически все они способны к биоаккумуляции, то есть содержатся в живых организмах в более высоких концентрациях, чем в окружающей среде.
Пестициды могут преобразовываться в ядовитые химические соединения. • Не все пестициды после их внесения разлагаются на вещества, безвредные для природы и человека. Они могут превращаться или распадаться в химические соединения, в такой же степени или даже более ядовитые, чем исходные вещества. Этот процесс может протекать в почве, в воздухе, в продуктах питания и в организме человека. • Пример - фунгицид "манкоцеб". Метаболиты этого пестицида, образующиеся в почве, являются канцерогенами, влияют на наследственность, вызывают нарушение репродуктивных функций, могут поражать почки, щитовидную и предстательную железу. Остатки этих веществ, как и у сотен других пестицидов и продуктов их распада, могут присутствовать в пище.
Последствия всегда проявляются позднее • - в 1914 г. успулун был введен в употребление в качестве первого ртутного протравливателя. 67 лет спустя последовал запрет на использование ртутных протравливателей; • - известный с 1889 г. в США свинцовый мышьяк, а также арсенат кальция с 1915 г. стали использоваться и в Германии. Прошло 27 лет до того, как в 1942 г. применение соединений мышьяка в виноградарстве было запрещено; • - в 1939 г. были открыты инсектицидные свойства ДДТ. До его запрещения в 1972 г. прошло 33 года; • - в 1950 г. получил признание препарат против насекомых ГХГ. Прошло 27 лет до его запрещения в 1977 г.