Пестициды и удобрения
А)Ежегодные потери урожая из-за сорняков и вредителей в мире составляют 30— 40%, а убытки достигают 70 млрд. долларов в год. Для борьбы с этим уже почти 100 лет используют пестициды.
Пестициды (от лат. pestis — зараза, caedo — убивать) средства защиты растений от вредителей и болезней. В настоящее время используется около 700 химических веществ, на основе которых создается несколько тысяч препаратов пестицидов. С помощью пестицидов в сельском хозяйстве повышают урожайность, увеличивают срок хранения растений, улучшают внешний вид фруктов, овощей и зерна.
Масштабы применения пестицидов впечатляют. В России их применение с 1970 по 1990 г. возросло с 1,5 до 2,3 кг/га площадей угодий, или в среднем на 1 жителя с 0,75 до 1,7 кг. Из 5 млн. т пестицидов, ежегодно применяемых в мире, 34% используется в Северной Америке, 45% — в Европе, 21 % - в других регионах. Однако рост применения пестицидов не дает полной гарантии увеличения урожайности. В России за последние 15 лет она заметно снизилась, несмотря на двукратное увеличение применения пестицидов. В США 10-кратное увеличение применения пестицидов дало прирост урожайности с 8% в 1951 г. до 12% в 1980 г. Пестициды распространяются на большие пространства, весьма удаленные от места их применения. Многие из них могут сохраняться в почвах достаточно долго (до 10 лет).
Пестициды являются единственным загрязнителем, который сознательно вносится человеком в окружающую среду.
Разновидности.
По принадлежности к классу химических соединений наибольшее применение имеют хлорорганические и фосфорорганические пестициды, производные дитиокарбаминовых кислот и хлорфеноксикислоты, динитрофенольные и ртутьорганические соединения, медьсодержащие препараты.
- Хлорорганические инсектициды (гексахлоран, ДДТ) обычно слабо растворимы в воде, очень устойчивы ко всем видам разложения и могут сохраняться в почве десятилетиями, аккумулируясь при систематическом применении.
- Фосфорорганические инсектициды (карбофос, фосфамид, амифос) в почве и других природных средах распадаются довольно быстро. При этом они отличаются эффективностью действия, и их применение перспективно.
- Широко используются карбамидные инсектициды. Отличаясь высокой токсичностью для определенных видов насекомых, эти препараты почти полностью безвредны для человека.
Вред от применения пестицидов.
Для окружающей среды. Пестициды поражают различные компоненты природных экосистем: уменьшают биологическую продуктивность фитоценозов, видовое разнообразие животного мира, снижают численность полезных насекомых и птиц, а в конечном итоге, представляют опасность и для самого человека. В почве они вызывают депрессию процесса естественной нитрификации. Уничтожение пестицидами (в форме гербицидов) травяного покрова многократно увеличивает эрозию почвы. Пестициды существенно подавляют деятельность насекомых — опылителей растений, других организмов, не являющихся мишенями их действия. До 80% пестицидов адсорбируется почвенным гумусом и практически не подвергается биологическому разложению. В результате происходит их постоянная миграция в грунтовые воды и испарение с поверхности почв при их увлажнении и нагреве. Многие виды пестицидов, накапливаясь в почвах, растениях и животных, вызывают заметные изменения в естественных биохимических процессах. Воздействие пестицидов на человека изучено недостаточно. Однако известно, что дефолианты (пестициды, применяемые для уничтожения лишней листвы) могут вызывать повреждения печени, влиять на наследственность.
Почва является основным приемником и аккумулятором пестицидов, которые накапливаются в ней в результате адсорбции их молекул почвенными коллоидами. Усиленно изучаются судьба пестицидов в почвах и возможности их обезвреживания химическими и биологическими способами. Очень важно создавать и применять препараты с небольшой продолжительностью жизни, измеряемой неделями или месяцами. В этом деле уже достигнуты определенные успехи, испытываются и внедряются в практику новые быстрорастворимые препараты с большой скоростью метаболической деструкции. Однако данная проблема еще не решена окончательно.
В последние годы усилия ученых направлены на изучение экологии и вскрытие механизмов биологического концентрирования пестицидов. Показано, что в тканях и органах рыб, обитающих в воде без планктона, может накапливаться больше пестицидов, чем при наличии планктона, за счет сорбции вещества жабрами. Птицы, питающиеся протравленным зерном, могут накапливать в своем теле такое же количество пестицидов, что и насекомоядные птицы, питающиеся содержащими пестициды членистоногими, червями и другими организмами-концентраторами.
Для человека. Значительная часть этих веществ или продуктов их распада, так или иначе, в той или иной форме, но попадает в пищевой продукт.
Поступая в организм человека с продуктами питания, пестициды меняют ход биологических процессов, что приводит к нарушению его физиологических функций. Патологический процесс в организме может протекать без клинических проявлений и трудно диагностируется.
Пестициды являются чужеродными организму веществами. Они оказывают токсичное действие на организм, поражают центральную нервную систему, внутренние органы, обладают мутагенным эффектом. Особенно к их действию чувствительны дети в возрасте до года.
Пестициды обладают канцерогенными свойствами. Организация по защите окружающей среды (ЕРА) допускает, что из 320 пестицидов, разрешенных к применению в агрономии, по меньшей мере 66 – предполагаемые канцерогены. Токсические свойства пестицидов зависят от их химической структуры, а также от концентрации, длительности воздействия и путей поступления в организм.
Хлорорганические пестициды широко применяются для борьбы с вредителями зерновых, технических культур, плодовых деревьев, виноградников, овощных культур, лесонасаждений.
Большинство из них плохо растворимы в воде, хорошо - в органических растворителях, и особенно в жирах. Их особенность - стойкость в окружающей среде. Например, ДДТ, алдрин, гептахлор были обнаружены в почве через 4-12 лет после их применения. Они длительное время задерживаются в верхних слоях почвы, медленно мигрируют в глубину, накапливаются в продуктах растительного и животного происхождения.
Пестициды этой группы – типичные представители веществ политропного действия, поражают преимущественно центральную нервную систему. Они накапливаются в основном в жировой ткани, повторное поступление в организм даже в малых дозах может привести к развитию хронического отравления.
Фосфорорганические пестициды нестойки в окружающей среде, большинство из них разлагается в течение 1-2 месяцев. Остатки пестицидов в продуктах питания разрушаются при термической обработке. Их особенность - способность легко проникать через кожу. Обладают низкой и средней летучестью.
Механизм токсического действия большинства фосфорорганических пестицидов заключается в угнетении ряда ферментов. Симптомы отравлений зависят от того, каким путем они попадают в организм: с воздухом - затруднение дыхания, затем поражение центральной и вегетативной нервной системы; при проникновении через кожу могут быть мышечные фибрилляции, при поступлении через желудочно-кишечный тракт - тошнота, рвота, спазмы кишечника, диарея.
Б) Сельскохозяйственные удобрения— вещества, компенсирующие потери элементов почвы, связанные с ростом растений. Для сохранения почвенной экосистемы на поля следует (в идеале) вносить эквивалентное количество соответствующих элементов. Отсюда успехи сельского хозяйства связали с минеральными удобрениями и ежегодно увеличивают их количество, вносимое в почву. При этом не все удобрения достигают растений — многое теряется, в частности, при вымывании из почвы. Так, 5-кратное увеличение количества применяемых азотных удобрений позволило повысить урожайность зерновых культур только на 20%, а содержание нитратов в почве и в растениях резко возросло. Сельскохозяйственная продукция, содержащая повышенное количество нитратов, имеет пониженную питательную ценность, теряет устойчивость к длительному хранению. Кроме того, аммиачная форма азотных удобрений увеличивает минерализацию гумуса, что приводит к потере им продуктивных свойств.
Попадание нитратов в организм человека приводит к отравлению гемоглобина крови и, как следствие, к явлениям сердечной недостаточности. В кислой среде организма в результате образования нитрозоаминов возникают канцерогены, которые служат побудителями онкологических заболеваний органов пищеварения.
Другой вид удобрений — фосфорные. Их избыток в почве обогащает фтором и мышьяком растения, что весьма вредно для питающихся ими животных. Значительная доля фосфорных удобрений не усваивается растениями, не вовлекается в биохимический круговорот, а около 5% выносится в водные объекты.
Калийные удобрения (KNO3, K2SO4, KC1) в силу высокой растворимости в воде в значительной степени вымываются в сопредельные водоемы в периоды, когда заканчивается начальная стадия развития растений и потребность их в калии уменьшается.
Наряду с минеральными удобрениями в сельском хозяйстве широко используют органические удобрения (навоз, торф, компост). При большом количестве в почвах таких удобрений, содержащих много патогенных микроорганизмов, и при обогащении водной среды ими создаются условия для возникновения очагов болезнетворных организмов. Применение в качестве удобрений ила очистных сооружений и компоста после переработки отходов может создавать дополнительные проблемы. В таких удобрениях содержатся высокие концентрации тяжелых металлов и органических загрязнителей. Поэтому их использование возможно главным образом для цветоводства и выращивания декоративных растений.