Пестициды: польза и вред

Что это такое

Для начала давайте разберемся, что же такое пестициды? Корень «цид», происходящий от латинского слова «убивать», говорит, что непосредственное назначение этих веществ – умерщвление живого. Корень «пест», и поныне означающий «вредитель» во многих языках мира, дает понять, что все существа человек разделяет на полезные для него и вредные, отказывая вторым в праве на существование.

Пестициды, по крайней мере, в небольших масштабах, использовались еще с древних времен. Древние греки и римляне использовали мышьяк в качестве пестицида. Есть сведения, что китайцы применяли производные мышьяка как пестициды уже в шестнадцатом веке. В конце девятнадцатого века соединения мышьяка стали широко использовать как инсектицида в Европе и Северной Америке. Это привело к появлению в 1900 г. первого законодательства по пестицидам.

Но применение синтетических химических пестицидов началось лишь в 1930-е годы. А затем уже после Второй мировой войны началось широкомасштабное производство и применение синтетических химических пестицидов и удобрений. Первоначально это привело к резкому увеличению урожайности в результате применение пестицидов и других агрохимических средств. Быстро расширялось сельскохозяйственное производство в развивающихся странах с целью продажи продукции в промышленно развитые страны. Другим последствием новой агрохимической технологии стало расширение практики монокультур: одну и ту же культуру выращивали из года в год на одном участке, не применяя севооборот и не оставляя землю под паром.

С ростом применения пестицидов у многих целевых вредителей начала вырабатываться устойчивость к ним. Это часто заставляло фермеров увеличивать дозы пестицидов для борьбы с ними. Пестициды убивали не только целевых насекомых, но также и полезные виды. Это привело к новому явлению, которое назвали вспышками численности вторичных вредителей: насекомые или клещи, численность которых ранее сдерживали полезные виды, начали появляться в эпидемических количествах. Начали применять новые пестициды для борьбы со вторичными вредителями и общий объем используемых пестицидов в почве и воде продолжал расти.

Используемые пестициды уничтожали почвенные микроорганизмы, которые играют ключевую роль в обеспечении растений питательными веществами, необходимыми для роста и развития.

Пестициды часто распространялись с воздушными потоками, загрязняли близлежащие участки и наносили вред популяциям птиц, млекопитающих, рыб и других видов. Инфильтрация пестицидов в поверхностные водоемы и в грунтовые воды начала угрожать источникам питьевой воды. К середине 1950-х годов были выполнены многочисленные исследования, показывающие эти и другие проблемы, связанные с пестицидами.

Пестициды

«Пестициды» – широкое понятие, охватывающее множество химических веществ, угнетающе воздействующих на живую природу. Наиболее распространены и известны инсектициды, умерщвляющие насекомых; гербициды, уничтожающие травянистые растения; фунгициды, направленные против грибков; родентициды, губительные для грызунов и т.д. Большая часть пестицидов – это яды, отравляющие механизмы- мишени, но к ним относят также стерилизаторы (вещества, вызывающие бесплодие) и ингибиторы роста. Изначально, согласно положениям Стокгольмской конвенции, девять видов хлорорганических пестицидов относили к стойким органическим соединениям (СОЗ). В настоящее время этот список расширен. Все эти соединения обладают высокой токсичностью, могут накапливаться в окружающей среде и организме человека, а также способны перемещаться на далекие расстояния. Их период распада длится десятилетиями.

Иногда к пестицидам относят и репелленты. Вредным может считаться любое животное, растение или другой организм, нежелательный в данное время или в какой- то ситуации, главным образом, по медицинским, экономическим или эстетическим соображениям.

На протяжении столетий люди изобрели различные способы борьбы с вредителями и сорняками. Такие способы, как севооборот, осушение болот, прополка, ловушки для вредителей и сетки от насекомых, могут считаться классическими и применяются до сих пор. Однако сегодня эту проблему стараются решать с помощью пестицидов. С каждым днем вопрос их размещения и утилизации становится все актуальнее. Вред, наносимый ядохимикатами живой природе, не поддается точной оценке. Но с абсолютной уверенностью можно сказать, что он огромен.

Пестициды делят на группы в зависимости от того, какие организмы они поражают. Гербициды применяют против сорных растений; бактерициды – против бактерий; фунгициды – против паразитических грибов; альгициды – против водорослей. Для борьбы с животными-вредителями используются инсектициды (против насекомых), акарициды (против клещей), родентициды (против грызунов), авициды (против птиц) и т.д.
Как правило, пестициды – это яды, но не всегда; к ним относят также десиканты (иссушающие организм средства) и регуляторы роста. Большинство пестицидов – химические соединения, но тоже не всегда; для борьбы с сорняками и вредителями используются также вирусы и другие болезнетворные микроорганизмы.

Применение пестицидов позволяло не только получать стабильные урожаи, но и ограничивать распространение инфекций, передаваемых животными-переносчиками, например, малярии и сыпного тифа. Однако непродуманное использование пестицидов имеет и негативные последствия. Оно ведет к появлению устойчивых к ним видов организмов, особенно среди насекомых; губит хищников (естественных врагов вредителей) и других полезных животных. Загрязняя окружающую среду, пестициды угрожают и человеку: сейчас их обнаруживают даже в грунтовых водах.

Растущее беспокойство по поводу злоупотребления пестицидами привело к разработке правил их применения, принятых в индустриальных странах. Они охватывают все аспекты обращения с этими средствами: их перевозку, хранение, ликвидацию пустых емкостей, предельно допустимые остаточные количества и многое, многое другое. Из-за опасности, которую они представляют, изымаются из употребления хлорорганические инсектициды (хлорированные углеводороды), такие, как хлордан, ДДТ и другие, хотя они, несомненно, принесли определенную пользу и здравоохранению, и сельскому хозяйству. Запрещены и некоторые фумиганты, применявшиеся ранее для газового обеззараживания почвы и хранящегося зерна.

Хотя по числу названий в продажу поступает больше всего различных инсектицидных препаратов, по применяемому количеству лидируют гербициды, а инсектициды занимают второе место. Применение пестицидов продолжает расти, и тенденция эта, видимо, сохранится и впредь.

Гербициды.
По функции гербициды можно разделить на несколько групп. В одну из них входят вещества, применяемые для стерилизации почвы; они полностью предотвращают развитие на ней растений. К этой группе относятся хлористый натрий и бура. Гербициды второй группы уничтожают растения избирательно, не затрагивая нужные виды. Например, 2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота (2,4-Д) убивает двудольные сорняки и нежелательную древесно-кустарниковую растительность, но не вредит злакам. В третью группу входят вещества, уничтожающие все растения, но не стерилизующие почву, так что растения на этой почве могут потом расти. Так действует, например, керосин, по-видимому, первое вещество, примененное в качестве гербицида. Четвертая группа объединяет гербициды системного действия; нанесенные на побеги, они перемещаются по сосудистой системе растений вниз и губят их корни. Еще один способ классификации гербицидов основан на времени их применения, например, до посева, до появления всходов и т.д.

Фунгициды.
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. Антибиотики типа стрептомицина тоже используютдля борьбы с грибами, однако чаще для защиты растений от бактерий. Фунгицид системного действия перемещается по всему растению и действует подобно антибиотику, излечивая болезни, вызываемые грибами, или не давая им появиться. Фунгициды широко применяют для борьбы с плесенью. В хлеб, например, с этой целью добавляют пропионат натрия.

Инсектициды.
Инсектициды обычно классифицируют по способу их действия. Кишечные яды, например мышьяк, отравляют вредителей, поедающих обработанные ими растения. Инсектициды контактного действия, например ротенон, убивают насекомых, попав на поверхность их тела. Фумиганты, например метилбромид, действуют, проникая в организм через дыхательные пути.

ДДТ (C14H9Cl5) – это классический пример инсектицида. По форме ДДТ представляет собой белое кристаллическое вещество, не имеющее вкуса и почти без запаха. Впервые синтезированный в 1873 году австрийским химиком Отмаром Цейдлером (en: Othmar Zeidler), он долгое время не находил себе применения, до тех пор пока швейцарский химик Пауль Мюллер в 1939 году не открыл его инсектицидные свойства, за что получил Нобелевскую премию по медицине в 1948 году, как «За открытие высокой эффективности ДДТ как контактного яда».

ДДТ обладает высокой устойчивостью к разложению: ни критичные температуры, ни ферменты, занятые обезвреживанием чужеродных веществ, ни свет не способны оказать на процесс разложения ДДТ сколько-нибудь заметного эффекта. В результате, попадая в окружающую среду, ДДТ так или иначе попадает в пищевую цепь. Обращаясь в ней, ДДТ накапливается в значительных количествах сначала в растениях, затем в животных и, наконец, в человеческом организме.

Высокая растворимость в жирах и низкая растворимость в воде обусловливают задержку ДДТ в жировой ткани. Скорость накопления ДДТ в организме варьируется в зависимости от вида организмов, длительности воздействия и концентрации, а также от условий окружающей среды. Высокая степень удержания ДДТ означает, что токсические эффекты у организмов могут возникать с задержкой по времени, а также на значительном географическом удалении от места воздействия. В целом организмы высоких пищевых уровней имеют тенденцию к накоплению больших количеств ДДТ по сравнению с организмами низших пищевых уровней. ДДТ способен транспортироваться по всему миру в организмах мигрирующих животных, а также океаническими и воздушными потоками.

Таким образом, ДДТ, накапливаясь в живых организмах, оказывает на них токсическое действие, по силе варьирующееся в зависимости от концентрации ДДТ в живом организме. Необходимо отметить, что многие источники содержат утверждения о канцерогенном, мутагенном, эмбриотоксическом, нейротоксическом, иммунотоксическом воздействии ДДТ на организм человека. Также утверждается, что ДДТ вызывает или способствует развитию разнообразных заболеваний человека, которые ранее не рассматривались как связанные с каким-либо химическим веществом. К их числу относятся сердечно-сосудистые болезни, рак, атипичная пневмония, ретрорентальная фиброплазия, полиомиелит, гепатит и «нейропсихические проявления».

Имеющиеся данные о последствиях токсического воздействия ДДТ на другие живые организмы можно обобщить следующим образом. Водные микроорганизмы более чувствительны к действию ДДТ, нежели наземные. При концентрации в окружающей среде 0,1 мкг/л ДДТ способен подавлять рост и фотосинтез зелёных водорослей.

Показатели как острой, так и хронической токсичности для различных видов водных беспозвоночных ДДТ неодинаковы. В целом ДДТ проявляет высокую токсичность для водных беспозвоночных при остром воздействии в концентрациях всего 0,3 мкг/л, причём токсические эффекты включают нарушения репродуктивной функции и развития, изменения со стороны сердечно-сосудистой системы, а также неврологические сдвиги.

ДДТ является высокотоксичным соединением для рыб: показатели LC50 (96 ч), полученные в статических тестах, колеблются от 1,5 мкг/л (большеротый окунь) до 56 мкг/л (гуппи). Остаточные уровни содержания ДДТ свыше 2,4 мг/кг в икре зимней камбалы вызывали аномальное развитие эмбрионов; с аналогичными остаточными концентрациями, как было обнаружено, связана гибель мальков озёрной форели в натуральных условиях. Основной мишенью токсического действия ДДТ может являться клеточное дыхание.

Еще один способ классификации исходит из химической природы инсектицидов:  их делят на неорганические или органические (природные и синтетические). Неорганические, в частности соединения фтора, не очень эффективны и накапливаются в почве. Природные органические инсектициды, такие, как алкалоид никотин, в основном уже вышли из применения; впрочем, пиретрумом до сих пор широко пользуются и в доме, и в саду, поскольку он не опасен для теплокровных животных. Чаще всего сейчас употребляются синтетические органические соединения, особенно фосфорорганические, сероорганические, карбаматы и пиретроиды. Почти все хлорорганические инсектициды запрещены в большинстве стран, поскольку отравляют окружающую среду.

Пестициды относятся к ингибиторам (отравителям) ферментов (биологических катализаторов). Под действием пестицидов часть биологических реакций перестаёт протекать и это позволяет: бороться с болезнями (антибиотики), дольше хранить пищу (консерванты), уничтожать насекомых (инсектициды), уничтожать сорняки (гербициды). Пестициды   применяются   главным   образом в сельском хозяйстве, хотя их используют также для защиты запасов продовольствия, древесины и других природных продуктов. Во многих странах с помощью пестицидов ведётся химическая борьба с вредителями лесов, а также переносчиками заболеваний человека и домашних животных (например, с малярийными комарами).

Пестициды различаются по своей специфичности и эффективности, то есть по диапазону поражаемых ими организмов. ДДТ, например, характеризуется широким спектром действия, убивая многие виды животных. У пиримикарба спектр действия намного уже – он действует на тлей и двукрылых, но не влияет на жуков и многих других насекомых. Аналогичным образом, далапон губит однодольные растения, но щадит двудольные, а гербициды на основе феноксиуксусной кислоты характеризуются прямо противоположным действием.

Применение пестицидов широкого спектра действия чревато «возрождением» вредителей, то есть появлением их после обработки в большем, чем до неё, количестве. Это обусловлено тем, что препарат убивает не только вредителей, но и хищников, уничтожавших их.

Хороший пример такого рода – использование ДДТ для борьбы с гусеницами репной белянки, или просто репницы (Pieris rapae), паразитирующей на брюссельской капусте. Сначала обработки ДДТ давали заметный эффект, но постепенно обилие вредителей стало даже выше, чем на контрольных (неопрыскиваемых) участках. Разница   была   даже   более   выраженной   при   повторных   применениях   ДДТ для «подавления» новых вспышек численности вредителя. Анализ агроэкосистемы показал, что концентрация пестицида в листьях, которые объедают гусеницы, быстро снижается за счёт общего роста зелёных частей капусты. Однако уровень ядохимиката в почве остаётся высоким, особенно если в неё запахиваются послеуборочные остатки растений.  В  результате  гусеницы,  вылупляющиеся  из  яиц,  отложенных  на  листья после обработки, страдают слабо, зато численность их главных врагов – жужелиц (Harpalus rufipes) и сенокосцев (Phalangium opilio) – снижается.

Меньше страдая от хищников, вредители существенно повышают свои шансы на выживание, что не компенсируется даже ядохимикатом. Дальнейшее его применение только ухудшает ситуацию. Зачастую хищники страдают от пестицидов сильнее, чем растительноядные вредители. Всё дело в том, что численность популяции хищников изначально бывает меньшей, и, следовательно, хищники более уязвимы и медленнее восстанавливают свою численность после поражения.

Пестицидное отравление губительно действует на многих плотоядных, особенно птиц. Птицы особенно чувствительны к этому ядохимикату, поскольку он индуцирует гормональные изменения, влияющие на метаболизм кальция, а это приводит к истончению скорлупы откладываемых яиц, которые в большом количестве начинают биться даже при простом насиживании.

ДДТ сейчас запрещён в большинстве стран. Однако он сравнительно дешев и до сих пор считается хорошим средством в определённых ситуациях, например при борьбе с малярийными комарами. Решая вопрос о применении того или иного пестицида, часто приходится из двух зол выбирать меньшее. Скажем, с помощью ДДТ во многих странах удалось полностью искоренить малярию.

Пестициды (в том числе и консерванты) часто вызывают аллергию, диатез и некоторые другие заболевания. Особенно опасны системные пестициды, проникающие во все ткани животных и растений.

Общий эффект использования пестицидов – снижение видового разнообразия (по- другому называется геноцид). Обычно пестициды повышают продуктивность на нижних трофических уровнях и понижают на верхних.

Полихлорированные дифенилы (ПХД) или полихлорированные бифенилы (ПХБ) – группа органических соединений, включающая в себя все хлорозамещённые производные дифенила (1-10 атомов хлора, соединённые с любым атомом углерода дифенила, молекула которого составлена из двух бензольных колец), отвечающие общей формуле C12HnCln.

Конечно, у разработчиков пестицидов были благие цели, связанные с повышением урожайности продовольственных культур. В нынешнем понимании стойкие органические загрязнители – это класс высоко опасных химических загрязняющих веществ, представляющих собой серьезную глобальную угрозу здоровью человека и окружающей среде. СОЗ широко представлены в окружающей среде во всех регионах мира. Каждый человек содержит в своем организме СОЗ, которые в основном накапливаются в жировых тканях. Организмы большинства рыб, птиц, млекопитающих и других форм дикой природы также загрязнены СОЗ. [9]

Находясь в окружающей среде, СОЗ загрязняют продукты питания, которые мы ежедневно потребляем, особенно рыбу, мясо, масло, сыр. Когда люди едят пищу, загрязненную СОЗ, эти химические вещества накапливаются в их жировых тканях. Организм матери передает СОЗ новорожденному. У человека и других млекопитающих СОЗ проникают в плод и загрязняют его еще в утробе матери. Так как грудное молоко также содержит СОЗ, новорожденные продолжают подвергаться воздействию СОЗ во время кормления. У не млекопитающих видов СОЗ попадают от матери потомству через икру. Даже в малых концентрациях, которые повсеместно обнаруживаются в обычных продуктах питания, СОЗ могут причинить вред человеку и другим живым организмам. Существуют медицинские доказательства связи заболеваний человека и потери трудоспособности в связи с воздействием одного или нескольких СОЗ.

Озабоченность людей СОЗ появилась в 1960-х и 70-х годах, когда три загрязнителя – ДДТ, ПХБ и диоксины – начали привлекать серьезное внимание общественности. Так, во время войны во Вьетнаме воздействие диоксинов на человека стали связывать с возникновением редких форм рака и неожиданно высоких уровней некоторых других заболеваний среди военнослужащих США и гражданского населения Вьетнама. Было обнаружено, что дефолиант эйджент ориндж и некоторые другие гербициды содержат в качестве непреднамеренных загрязнителей диоксины, которые оказались вероятной причиной заболеваний.

В 70-80 гг. прошлого столетия в странах Западной Европы и США была построена широкая сеть мусоросжигательных заводов (МСЗ) на которых сжигались десятки миллионов тонн мусора, на эти цели тратились миллиарды долларов США. Последствия этого непродуманного решения не замедлили проявиться. Около 70% выбросов диоксинов стали приходиться на долю МСЗ.

ДДТ, ПХБ и диоксины обладают рядом общих свойств. В итоге термин «стойкий органический загрязнитель» или «СОЗ» стали использовать как общий термин для целого класса химических веществ, которые обладают следующими четырьмя конкретными свойствами:

1. Стойкость: СОЗ – это химические загрязнители, которые не поддаются физическому, химическому и биологическому разложению. Поэтому, как только СОЗ оказывается в окружающей среде, он остается там длительное время.
2. Способность накапливаться в биологических объектах: СОЗ представляют собой химические вещества, которые легко растворяются в жирах (являются липофильными). Они накапливаются в тканях живых организмов в концентрациях, которые существенно превышают аналогичные концентрации в окружающей среде.
3. Споcобность перемещаться на большие расстояния: СОЗ могут перемещаться на большие расстояния в окружающей среде и могут причинять вред в местах, удаленных от первоначального источника попадания СОЗ в окружающую среду. СОЗ в основном переносятся воздушными потоками, но они также могут переноситься водными массами или мигрирующими видами животных.
4. Вероятность вредного воздействия: СОЗ – это химические вещества, которые оказывают негативное воздействие на здоровье людей и/или состояние экосистем. Связанные с пестицидами хронические эффекты включают злокачественные и доброкачественные опухоли, заболевания нервной системы, репродуктивные расстройства, подавление иммунной системы и эндокринные нарушения.

Основной источник поступления пестицидов в организм – продукты питания: овощи, фрукты, мясо, рыба, масло, молоко. Впрочем, они могут попасть в организм и через дыхательную систему, кожу.

Накапливаясь, опасные вещества подрывают репродуктивную систему и иммунитет, нарушают функции ферментов печени, увеличивают риск развития опухолей. «Пестицидные» проблемы ученые обнаружили у тюленей, аллигаторов и морских улиток. У птиц химикаты истончают скорлупу, повреждают эмбрионы. Многолетние наблюдения показывают, что воздействие пестицидов становится причиной развития рака, бесплодия у мужчин, невынашивания детей у женщин.

В целом химические вещества, которые считаются СОЗ, попадают в одну из трех категорий. Некоторые СОЗ производились или продолжают производиться преднамеренно для использования в виде пестицидов. Другие СОЗ производились  или продолжают производиться для использования в качестве промышленных химикатов. Отдельные СОЗ производятся непреднамеренно, в качестве нежелательных побочных продуктов в некоторых химических промышленных процессах или непреднамеренно образуются во время процессов горения, включая сжигание в присутствии хлора или других галогенов (например, брома, фтора).

Ученые, изучавшие то, как СОЗ попадают в океаны, моря и озера, вначале полагали, что основным источником этих химических веществ были выбросы отходов промышленных предприятий, сливы канализационных систем и загрязненные воды, которые стекают с сельскохозяйственных полей и городских улиц. Вместо этого они обнаружили, что большинство СОЗ (и ртуть), разрушающих водные экосистемы, попадали в них вместе с осадками из воздуха. Многие пестициды очень устойчивы и распространяются далеко от мест применения. Например, в середине 1960-х гг. ДДТ был обнаружен в печени пингвинов в Антарктиде – очень далеко от тех мест, где применялся этот химикат.

СОЗ в состоянии переноситься с воздушными течениями на большие расстояния, так как достаточно летучи для того, чтобы испариться в воздухе и/или легко прикрепиться к частицам атмосферной пыли. СОЗ путешествуют с воздушными течениями на короткие или длинные расстояния, но затем, когда температура понижается или начинается дождь, СОЗ из воздуха попадают обратно на землю. Иногда СОЗ остаются на поверхности земли только в течение короткого времени, затем испаряются обратно в воздух, перемещаясь опять и опять между воздухом и поверхностью, что получило название «эффекта кузнечика». Обычно СОЗ испаряются значительно легче в теплом климате и оседают легче в более холодном регионе. В результате общей тенденцией для СОЗ является миграция из теплых регионов в холодные. Последствием этого стало серьезное загрязнение СОЗ Арктического региона, несмотря на то, что СОЗ там редко использовались.

Таким образом, стало очевидным для ученых многих стран не только польза от применения ряда химических веществ в промышленности, сельском хозяйстве, медицине и быту, но и их нежелательные последствия для здоровья людей и окружающей среды. Остро встал вопрос об их дальнейшем использовании. Было бы не рационально применять запреты на производство и использование каждого отдельного вещества. Тем более, что каждый год синтезируются тысячи новых химических веществ. Нужно было искать более общее решение как для используемых, так и в перспективе создаваемых новых веществ, которое позволяло бы производить их, применять или строго контролировать их применение. Ни одно правительство в одиночку не в состоянии защитить свой народ и окружающую среду от СОЗ. Эти аргументы показывают как необходимость, так и правомерность глобальных действий по решению проблем, связанных с СОЗ. Стало очевидным, что единственным практическим решением может быть создание глобального, юридически  обязательного договора по контролю и ликвидации СОЗ. Такой подход и был осуществлен в Стокгольмской конвенции о стойких органических загрязнителях.