Основы общей и экологической токсикологии - Владимир Базылев

По оценкам специалистов, в экономически слабых странах до 50 % урожая погибает от сорняков и вредителей, а в промышленно развитых – 15 – 25 %. Ежегодные потери урожая в мировом сельском хозяйстве составляют 30 – 40 % от потенциально возможного урожая, убытки оцениваются в 75 млрд долларов в год.

Исходя из этих числовых оценок, сторонники глобальной химизации сельского хозяйства ставят задачу расширения масштабов применения пестицидов с целью снижения потерь сельскохозяйственной продукции. В то же время среди государственных задач по охране окружающей среды и здоровья человека одной из важнейших является предупреждение загрязнения среды обитания и пищевых продуктов пестицидами и токсичными продуктами их трансформации.

Широкое применение пестицидов в сельском хозяйстве началось незадолго до Второй мировой войны, когда были обнаружены инсектицидные свойства ДДТ (дихлордифенилтрихлорэтана). Этот препарат был впервые синтезирован в 1874 г. немецким химиком Зайдлером, но массовое его производство и применение началось с середины прошлого столетия. С 1950 по 1970 г. на земном шаре было использовано около 4,5 млн т этого одного из наиболее стойких и сильнодействующих пестицидов.

Использование пестицидов отрицательно влияет на экосистемы любого уровня и на здоровье человека, так как многие пестициды обладают мутагенными и канцерогенными свойствами. Опасность пестицидов состоит еще и в том, что они распространяются далеко за пределы тех агросистем, где они применяются.

Существуют сотни различных пестицидов, однако широкое распространение в мире получили около 180 пестицидов, которые делятся на следующие основные группы:

– инсектициды предназначены для уничтожения насекомых (лат. insectum – насекомое);

– фунгициды используются для борьбы с фитопатогенными грибками и бактериями (лат. fungus — гриб);

– гербициды применяются для уничтожения растительности, прежде всего сорняков (лат. herba – трава, растение);

По масштабам применения (40 – 50 %) и по ассортименту выпускаемых препаратов (около 40 %) гербициды составляют самую большую группу пестицидов.

– родентициды служат для уничтожения грызунов (лат. rodentis – грызущий);

– нематоциды предназначены для уничтожения нематод – паразитов растений и животных (класс низших червей, тело которых имеет нитевидную или веретенообразную форму).

Пестициды могут быть классифицированы по химическим признакам. К числу наиболее распространенных относятся:

– хлорорганические пестициды – галоидопроизводные алициклических и ароматических углеводородов, углеводородов алифатического ряда;

– фосфорорганические пестициды – сложные эфиры фосфорных кислот;

– карбаматы — производные карбаминовой, тио- и дитиокарбаминовой кислот;

– азотсодержащие пестициды – производные мочевины, гуанидина, фенола.

Следует отметить, что пестициды разрабатывались без учета экологических особенностей их применения.

1. Пестициды имеют широкий спектр токсических воздействий. Так, в Молдавии отмечается прямая зависимость между территориальной нагрузкой пестицидов и поражаемостью населения туберкулезом, детской смертностью, а также смертностью от цирроза печени и хронического гепатита.

2. Человек использует пестициды для ограниченного числа видов, в то время как пестициды влияют на все организмы. Так, пестициды влияют на насекомых-опылителей. Около 80 % цветковых растений опыляются насекомыми и около 20 % всех насекомых являются опылителями.

3. Как правило, используют большее количество пестицидов, чем необходимо (для надежности). Точная дозировка практически отсутствует.

4. Площади опыления (обработки) пестицидами весьма значительны – около 10 млн га.

5. Пестициды долго сохраняются в почве (табл. 2.6).

Таблица 2.6

Период полураспада хлорорганических инсектицидов в почве

Устойчивость отдельных представителей важнейших классов пестицидов в почвах может быть схематически охарактеризована следующим рядом уменьшения устойчивости: хлорсодержащие углеводороды – от 2 до 5 лет; производные мочевины, S-триазины – от 2 до 18 месяцев; карбаматы, сложные эфиры фосфорной кислоты – от 2 до 12 недель.

Различают небиотическое и биотическое разложение пестицидов в почве. Небиотическое разложение протекает за счет гидролиза, на скорость которого существенное влияние оказывают рН среды, температура и влажность почвы, ее минеральный состав. Оно осуществляется также за счет фотолиза пестицидов под действием солнечной радиации, что особенно важно для токсикантов, вносимых на поверхность почвы.

6. Благодаря естественному отбору происходят генетические перестройки, и вредители относительно адаптируются к ядам. Срок выработки устойчивости к пестицидам у видов, с которыми ведется борьба, примерно совпадает со временем разработки нового препарата (как правило, около 10 лет). Кстати, синтез и внедрение препарата в производство требует затрат в размере 20 – 45 млн долларов.

7. Эксперименты показывают, что большинство современных пестицидов значительно безопаснее, чем многие лекарственные средства. Например, средняя летальная доза (ЛД50) 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 % – отпестицидов и минеральных удобрений. Но с другой стороны, по данным Института всемирного наблюдения (Вашингтон), ежегодно в мире регистрируются от 400 тыс. до 2 млн случаев отравлений пестицидами, большинство которых приходится на сельских жителей развивающихся стран. Так, в Индии вследствие отравления пестицидами ежегодно погибают 20 – 40 тыс. человек. В этой связи надежды связывают с биологическими методами защиты растений. В качестве таких средств применяются паразиты членистоногих и хищники. В настоящее время ведется интенсивная работа по поиску и созданию новых эффективных биологических средств и способов биологической защиты растений.

В последние десятилетия проблема загрязнения окружающей среды пестицидами привлекает самое широкое внимание, причем одна группа специалистов резко выступает против практики широкого применения пестицидов, учитывая те ошибки, которые наделало человечество с их применением, а другая (это в основном работники сельского хозяйства) утверждает, что без применения различных групп пестицидов невозможно кардинально решить продовольственную проблему на земном шаре, а также вопросы борьбы с малярией, шистоматозом и другими заболеваниями. По сообщению Б. Коммонера, «в Гватемале спустя двадцать лет после начала „программы искоренения малярии“, основанной на интенсивном использовании инсектицидов, малярийные комары приобрели иммунитет против них, и заболеваемость малярией стала выше, чем до начала кампании». Таким образом, пестициды играют весьма скромную роль в мероприятиях по борьбе с малярией.

Попытки борьбы с насекомыми, наносящими большой вред урожаю, предпринимались очень давно. Для этих целей без особого успеха использовали арсенат свинца, табачную пыль, мыло и бензин. Современная эра пестицидов началась в 1940 г. с открытием Паулем Мюллером инсектицидного действия ДДТ.

Впервые этот препарат был применен союзными армиями во время Второй мировой войны для борьбы с малярией и тифом. Однако во время войны данные о ДДТ практически не публиковались. В конце Второй мировой войны ДДТ вошел в практику как сельскохозяйственный и бытовой инсектицид и его начали широко применять во всем мире, так как считалось, что избирательность его действия очень высока. В результате этого значительно возросли урожаи сельскохозяйственных культур, что сыграло немаловажную роль в обеспечении потребностей растущего населения Земли. Однако в 1962 г. стало очевидно, что высокая устойчивость ДДТ к процессам биодеградации делает его применение опасным для животного мира и приводит к вредным последствиям для многих видов животных (особенно для рыб, птиц и пчел). При длительном применении ДДТ токсичен и для человека. Поэтому в настоящее время применение ДДТ запрещено или ограничено лишь теми случаями, когда отсутствуют приемлемые его заменители (в СССР применение ДДТ запрещено с 1970 г.).

В природе химические средства борьбы одних организмов против других используются почти со времени зарождения жизни, и без особой угрозы для окружающей среды. Все вещества, выделяемые организмами в окружающую среду (фитонциды, зооциды и т. п.), отличаются очень малой стабильностью и разрушаются, как только выполнят свою функцию. Это свидетельствует о том, что и проблему пестицидов можно разрешить, причем основное требование к разработке новых препаратов – соизмеримость сроков их действия со сроками детоксикации.