Меню

Экологические проблемы применения химических средств защиты растений

ПРОБЛЕМЫ ПРИМЕНЕНИЯ ХИМИЧЕСКХ СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ

Недостаток магния и серы в растениях, недостаток молибдена и марганца в почве, снижение температуры воздуха, которое приводит к падению активности нитратредуктазы, также способствуют накоплению нитратов.

Увеличение доз азотных удобрений приводит не только к повышению содержания нитратов в произведенной продукции, но и к снижению в ней содержания витамина С, сахаров и других веществ, а следовательно, и ее биологической ценности. Теряется устойчивость овощей и фруктов к длительному хранению.

Содержание нитратов различается в зависимости от органов растений. Их больше там, где превалируют ткани, в клетках которых хорошо развиты вакуоли, т.е. в частях, по которым осуществляется транспорт питательных веществ в растениях. Так, в корне, стебле и черешках листьев нитратов значительно больше, чем в листовой пластинке. В генеративных органах нитраты отсутствуют или содержатся в гораздо меньших количества, чем в вегетативных.

Азотные удобрения загрязняют природные воды. Вынос азота в водные объекты определяется как природными факторами (климат и погода, гидрология и рельеф), так и антропогенными (степень сельскохозяйственного использования территории, применяемые системы земледелия, дозы удобрений и т.д.). Например, из-за технологических нарушений в процессе хранения, подготовки и применения азотных удобрений от 3 до 20% (а возможно и больше) вносимых количеств попадает в водные объекты, что приводит к тем или иным негативным последствиям. Процесс вымывания нитратов из почвы ускоряет распашка лугов, увеличение доли зерновых и пропашных культур в севообороте, полный или частичный отказ от выращивания промежуточных культур. В районах интенсивного производства овощей, плодово-ягодных культур и винограда наблюдается загрязнение нитратами грунтовых вод.

Повышенное содержание нитратов в сельскохозяйственной продукции и питьевой воде приводит сразу к нескольким отрицательным последствиям. При попадании нитратов в организм человека происходит их восстановление до нитрит-ионов, которые переводят гемоглобин в метгемоглобин. Возникает болезнь под названием метгемоглобинемия. отравление 20% гемоглобина приводит к сердечной недостаточности, а 80% – к смерти. В кислой среде нитриты реагируют с вторичными аминами, образуя нитрозоамины, многие из которых канцерогенны для органов пищеварения и выделения. Канцерогенное действие нитрозоаминов обнаружено в 1956г. Сейчас ежегодно публикуется около 1500 сообщений по раковым заболеваниям, индуцированным нитрозоаминами. Считается, что не менее 5% злокачественных опухолей из-за повышенного содержания нитратов в пище. Роме того, азотные удобрения стимулируют образование в продукции сельского хозяйства микотоксинов, которые также могут приводить к раковым заболеваниям.

Суточное потребление нитратов с пищей не должно превышать 200мг, а нитритов – 10мг. В питьевой воде не должно содержаться более 45 мг/л нитрат-ионов и 3,0 мг/л нитрит-ионов.

Для сведения к минимуму непроизводительных потерь азота, предотвращения и снижения загрязнения нитратами овощеводческой продукции и водоемов необходимо четко соблюдать существующие регламенты по транспортировке, хранению и применению минеральных и органических удобрений.

Внесению удобрений должно предшествовать известкование почв, которое снижает почвенную кислотность и активизирует процесс восстановления нитратов.

Сроки проведения подкормок также играют важную роль в накоплении нитратов. Не рекомендуется применять подкормки в период массового созревания корнеплодов и кочанов.

Исключительно важным приемом снижения (предотвращения) нитратного загрязнения сельскохозяйственной продукции является внесение достаточного количества полноценногоорганического удобрения. Как свидетельствует опыт ряда стран органические удобрения целесообразно вносить в соотношении 4:1.

Перспективной альтернативой минеральному азоту в питании растений являетсябиологический азот, поставляемый растениям микроорганизмами-азотфиксаторами, как симбионтами, так и свободноживущими. С помощью методов генной инженерии ведутся поиски наиболее продуктивных штаммов. Исследуется возможность использования ассоциативных азотфиксирующих бактерий, микоризы, а также различных комбинаций этих микроорганизмов, что зачастую оказывается более эффективным, чем применение любого из них в отдельности.

Эффективность подкормок посевов возделываемых культур в немалой степени зависит от особенностей агрометеорологических условий. Учет этих особенностей позволяет повысить целесообразность и эффективность использования азотных удобрений.

Фосфорные удобрения.Используемые в сельском хозяйстве фосфорные удобрения представлены в основном наиболее легко усваиваемыми растениями водорастворимыми соединениями: суперфосфатом (смесь Ca3(PO4)2, CaHPO4, Ca(H2PO4)2 и CaSO4) и двойным суперфосфатом Ca(H2PO4)2 , а также сложными удобрениями аммофосом (смесь (NH4)2HPO4 и NH4H2PO4), нитроаммофосом (смесь (NH4)2HPO4, NH4H2PO4, CaHPO4, NH4NO3, KNO3 и KCl) и др.

Фосфор относится к важнейшим биогенным элементам. Хотя потребность организмов в фосфоре в 10 раз меньше, чем в азот, он не только является важным источником питания растений, но и играет основную роль в процессах массо- и энергообмена, а также в процессе размножения. Для создания условий, благоприятствующих получению высокого урожая, необходимо наличие в почве достаточного количества доступного фосфора. Однако примерно 1/3 посевных площадей России характеризуется низким и очень низким содержанием этого элемента. Наиболее остро эта проблема стоит в Нечерноземной зоне, поскольку здесь преимущественно распространены подзолистые и дерново-подзолистые почвы, отличающиеся низким плодородием. Если дефицит азота можно компенсировать внесением органических удобрений или фиксацией атмосферного азота, недостаток фосфора можно устранить только внесением минеральных удобрений. Обеспечение высокой потребности в фосфорных удобрениях является объективной необходимостью. При этом, однако, нельзя упускать из виду экологические проблемы фосфорного питания.

Читайте также:  Способы получения эфирных масел из растений

С фосфорными удобрениями в почву попадают многочисленные токсичные элементы, малоподвижные в почвенной среде (As, Ni, Cu, Cd, Pb, Cr, Zn,). Кроме того, в фосфорных удобрениях содержатся токсичные соединения фтора. В природных фосфатах содержатся радиоактивные элементы – уран, радий, стронций. По существующим кислотным способам переработки природного фосфатного сырья основная часть фтора, а также весь стронций остаются в удобрениях и попадают вместе с ними в почву. Длительное внесение суперфосфата, который обычно содержит 1,5% фтора, приводит к быстрому накоплению в почве доступной для растений формы этого элемента. Фтор ингибирует активность ряда ферментов, что отрицательно сказывается на процессах фотосинтеза и биосинтеза белков.

Значительная часть фосфора используемого в земледелии накапливается в водных объектах, в которые он поступает:

– в результате потерь при транспортировке и хранении удобрений (34% всех поступлений);

– из-за поверхностного стока и вымывания из почвы в растворенном виде и с продуктами эрозии (21% всех поступлений);

– вследствие «выпадения» фосфора из аграрного круговорота, обусловленного почти отсутствием утилизации органических веществ в коммунальном хозяйстве и снижением уровня утилизации органических веществ в животноводстве (45% все поступлений).

Увеличение содержания фосфора в природных объектах привело к эвтрофированию водных объектов: биомасса водорослей в ряде озер и водохранилищ в настоящее время превосходит валовую сельскохозяйственную продукцию в тех же регионах. Установлено, что на 1 кг поступившего в водоем фосфора образуется 100 кг фитопланктона. Когда концентрация фосфора в воде превысит 0,01 мг/л, начинается цветение воды, обусловленное массовым развитием водорослей, которое достигает оптимума при его содержании 0,9-3,5 мг/л.

Цветение воды приводит не только к ухудшению условий непосредственного водопотребления, но и к увеличению содержания в ней органического вещества в растворимой форме, а также к увеличению рН. Вода в цветущих водоемах существенно отличается по вкусу и по запаху. Эвтрофирование водоемов удорожает очистку воды.

Учитывая различия в длительности естественного возобновления вод в природе (300лет – для подземных вод, 3,5года – для проточных озер, 0,5 мес. – для речных вод), а также возможность поступления различных примесей, содержащихся в фосфорных удобрениях в пищевые цепи, необходимо строго соблюдать рекомендации по внесению фосфорных удобрений и принимать во внимание следующие факторы:

– наличие примесей в удобрениях;

– предельно допустимые уровни загрязнения почв тяжелыми металлами, радионуклидами и другими токсичными элементами (соединениями), содержащимися в удобрениях;

– необходимые для внесения фосфорных удобрений в почву условия (сроки проведения работ, месторасположение удобряемых площадей и т.д.).

Химические средства защиты растений (ХСЗР) играют важную роль в борьбе с возбудителями болезней, насекомыми-вредителями и сорной растительностью. Необходимость такой борьбы очевидна, поскольку вызываемые ими потери урожая в мировом земледелии, по разным оценкам, составляют от 24 до 46%. Подсчитано, что если в США прекратить применение ХСЗР, то для сохранения валового сбора зерна на прежнем уровне потребуется дополнительно распахать 52 млн. га. При этом стоимость продукции растениеводства возрастет (из-за снижения производительности труда) на 50-70%.

Общепринятое собирательное название ХСЗР – «пестициды» (лат pestis – зараза и caedo – убиваю). По разным оценкам, в последние годы в мире насчитывается более 1000 химических соединений, на основе которых выпускают десятки тысяч препаративных форм пестицидов. Обычно пестициды классифицируют по их целевому назначению.Наиболее часто применяют следующие из них: гербициды – для борьбы с сорными растениями; инсектициды – с вредными насекомыми; фунгициды – с грибными болезнями растений и различными грибами; зооциды – с вредными позвоночными; родентициды – с грызунами; бактерициды – с бактериями и бактериальными болезнями растений; альгициды – для уничтожения водорослей и сорной растительности в водоемах; дефолианты – для удаления листьев и ботвы и др.

Пестициды можно классифицировать по составу и химическим свойствам. Наиболее распространены: хлорорганические пестициды – галогенпроизводные полициклических и ароматических углеводородов, углеводородов алифатического ряда; фосфорорганические пестициды – сложные эфиры фосфорных кислот; карбаматы – производные карбаминовой кислоты, тио- и дитиокарбаминовой кислот; азотсодержащие пестициды- производные мочевины, гуанидина, фенола.

Пестициды классифицируют по стойкости в ОС или по способности к бионакоплению. Эти свойства обусловлены химической структурой и физико-химическими особенностями препаратов. Наиболее стойкими и одновременно обладающими выраженными кумулятивными свойствами являются хлорорганические пестициды, для которых характерно концентрирование в последующих звеньях пищевых цепей. По устойчивости к разложению в почве пестициды делят на очень стойкие (время разложения на нетоксичные компоненты составляет более двух лет); стойкие (от полугода до двух лет); умеренно стойкие (до полугода); малостойкие (1месяц). Например, ДДТ за 17 лет разлагается на 61%.

БОЛЬШИНСТВО ПЕСТИЦИДОВ ЯВЛЯЮТСЯ КСЕНОБИОТИКАМИ.

Эти вещества до сравнительно недавнего времени отсутствовали на планете, что осложняет процесс их детоксикации. При возрастающих объемах применения пестицидов их остатки или продукты метаболизма могут накапливаться в объектах ОС, мигрировать по пищевым цепями и вызывать нежелательные последствия, негативно влияя на качество питьевой воды и т.д. (рис. ).

Читайте также:  Доклады и сообщения о культурных растениях

Источник

ТЕМА 7. Экологические последствия использования средств защиты растений

Цель — познакомить студентов с химическими средствами за­щиты растений — пестицидами и влиянием их на окружающую при­родную среду и здоровье человека.

Задачи. 1 .Рассмотреть основные признаки, по которым класси­фицируют пестициды.

2. Разъяснить в чем заключается потенциальная опасность ис­пользования пестицидов.

3. Познакомить с перспективами использования биологического метода защиты растений.

Краткая теория вопроса

Уже более столетия пестициды играют важную роль в борьбе с возбудителями болезней, вредителями и сорной растительностью. Не­обходимость такой борьбы обусловлена тем, что в современном миро­вом земледелии потенциальные потери урожая составляют от 23,9 до 46,4% (Соколов и др., 1994).

По разным оценкам в последние годы в мире используется более 1000 соединений, на основе которых выпускаются десятки тысяч препаративных форм пестицидов. Обычно пестициды классифицируют в зависимости от их целевого назначения (задание 1).

Также пестициды могут быть классифицированы по химическим признакам. Наиболее распространенные:

— хлорорганические пестициды – галоидопроизводные полициклических и ароматических углеводородов, углеводородов алифатического ряда;

фосфорорганические пестициды – сложные эфиры фосфорные кислот;

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

азотсодержащие пестициды — производные мочевины, гуанидина, фенола.

Подавляющее число пестицидов — кумулятивные яды, токсич­ное действие которых зависит не только от концентрации, но и дли­тельности воздействия.

В результате биотрансформации наряду с детоксикацией пести­цидов имеет место и токсификация, то есть образуются вещества с еще более ядовитыми свойствами.

По токсичности для человека и теплокровных животных пестициды делятся на:

-сильнодействующие — ЛДэо до 50 мг/кг живой массы (леталь­ная доза, вызывающая гибель 50% организмов) — бромистый ме­тил, глифтор. ;

-высокотоксичные — ЛД50 до 200 мг/кг — базудин, метафос. ; -среднетоксичные — ЛД50 до 1000 мг/кг — медный купорос, полихом, рамрод. ;

-малотоксичные — ЛД50 более 1000 мг/кг — бордоская жидкость, витавакс, диален, сера, неорон.

По устойчивости к разложению в почве пестицидыделят на:

-очень стойкие (время разложения на нетоксичные компоненты составляет свыше 2 лет);

-стойкие (от полугода до 2 лет); -умеренно стойкие (до 6 месяцев);

-малостойкие (1 мес.).

По степени комплексного воздействия на организм пестици­ды подразделяют на четыре класса:

I — чрезвычайно опасные; II — высокоопасные; III — умеренно опасные; IV — малоопасные.

Разработана шкала экотоксикологической оценки пестици­дов, включающая систему критериев, среди которых токсиколого- гигиенические, экотоксикологические (коэффициент избирательности действия) и эколого-агрохимические — персистентность в почве (меся­цы), миграция по почвенному профилю (см), транслокация в культур­ные растения, фитотоксическое действие через почву, реакция на действие инсоляции.

Мировая практика применения пестицидов свидетельствует о том, что они несут в себе потенциальную опасность. Нетоксичных для человека пестицидов нет. При определенных условиях, связанных в первую очередь с теми или иными нарушениями регламентов, правил хранения и применения препаратов, существует вероятность аллерген­ных, канцерогенных, мутагенных и др. воздействий на живые орга­низмы, отравлений их сильнодействующими веществами.

Действие пестицидов никогда не бывает однозначным. Исходя из присущей всем пестицидам совокупности свойств, можно констати­ровать следующее негативное их влияние на окружающую природную среду и здоровье людей и животных:

-как правило, для пестицидов характерен широкий диапазон токсического действия на живое вещество биосферы;

-подавляемые формы в любом агроценозе составляют не более доли процента от общего числа видов (в биосфере максимум 0,5%); при применении же пестицидов поражаются не только объекты подавления, но и множество других видов, не являющихся мишенями дейст­вия, в том числе естественные враги и паразиты подавляемых форм. В результате происходят глубокие нарушения взаимосвязей в биоцено­зах;

-руководствуясь ошибочным пониманием надежности обработ­ки полей, угодий, акватории, как правило, преднамеренно расходуют значительно большее количество препаратов, чем необходимо для уничтожения вредителя. При этом остатки пестицидов аккумулируют­ся и биоконцентрируются в трофических пенях, выносятся за пределы обрабатываемой территории;

-появляются новые резистентные к пестицидам конкуренты че­ловека в борьбе за урожай: насекомые, которые раньше не имели зна­чения для сельского хозяйства; болезни растений, на которые раньше не обращали внимания; сорняки, считавшиеся редкими, а иногда даже экзотическими видами;

-возрастает вероятность отдаленных последствий, связанных с патологическим и генетическим действием ряда препаратов на биоту;

Пестициды могут приводить к образованию злокачественных опухолей у человека. Примерно 70% применяемых соединений попа­дает в организм человека с мясом, молоком и яйцами, а 30% — с расти­тельной пищей.

Критерием оценки содержания пестицидов является ПДК или ДОК. В разных странах эти нормативы неодинаковы, что затрудняет обмен продовольствием. Основная причина таких различий — исполь­зование разных методов определения остаточных количеств препара­тов и продуктов их распада.

Читайте также:  История химических средств защиты растений

Наиболее часто в пищевых продуктах содержатся остатки ди- хлордифенилтрихлорэтана (ДЦТ) и изомеров гексахлорциклогексана (ГХЦН). Растения по степени накопления остаточных количеств хлорорганических пестицидов (ХОП) в продуктивных органах располага­ются в следующем порядке: морковь > петрушка > картофель > свекла > многолетние травы > томат > кукуруза > капуста белокочанная.

Фосфорорганические пестициды практически не накапливаются в продуктах питания.

В состав пестицидов комплексного действия в качестве микро­примеси входят супертоксиканты — диоксины. Угрозу человечеству от этой группы веществ можно сравнить с последствиями ядерного ору­жия. Диоксины концентрируются наиболее активно в организме рыб и дойных коров. В России установлены максимально допустимые кон­центрации диоксинов: для пищевых продуктов — 0,036 нг/кг, для моло­ка — 5,2 и для рыбы — 8,8 нг/кг (Федоров, 1993).

Из-за наличия диоксинов в пестицидах, особенно в хлорорганических, в некоторых странах (Италия, Россия, США, Швеция) запре­щено использование гербицида на основе 2,4,5-Т. В Канаде запрещено применение гербицидов на основе 2,4-Д. В других государствах во­прос решается путем регулирования ассортимента и совершенствова­ния технологии производства.

По своей сути химизация сельского хозяйства представляет со­бой активное вмешательство человека в круговорот веществ в приро­де.

Основное направление биологического метода — использова­ние полезных насекомых и клещей (энтомофагов) в борьбе с вредны­ми. Энтомофаги представлены в природе хищниками и паразитами. Хищники (божьи коровки, златоглазки, жужелицы, мухи-журчалки, муравьи) ведут активный образ жизни, питаются особями одного или чаще нескольких видов вредителей. Паразиты живут до достижения взрослой стадии внутри или на теле одной особи вредителя и питаются ею (перепончатокрылые насекомые: трихограммы, бракониды, теле­номусы, энкарзии, ихневмониды и др., и мухи — тахины и др.).

Биологические средства начали использовать для защиты расте­ний и от болезней. Так, на основе изучения гиперпаразита мучнистой росы огурца создан биопрепарат против этого опасного заболевания. Разрабатываются приемы использования ряда авирулентных штаммов бактерий и грибов против различных корневых гнилей, ржавчины и мучнистой росы зерновых и других культур. Исследуется возможность использования биологических методов в борьбе с сорной растительно­стью (горчаком розовым, амброзией, повиликой, заразихами). Пер­спективно использование против сорняков специальных растительноядных насекомых (гербифагов).

Комплексный подход к защите сельскохозяйственных растений от вредителей, болезней, сорных растений послужил основой для соз­дания интегрированной системы защиты растений — совместное использование всех доступных форм подавления вредного организма, включая механические, физические, биологические, биоценотические, агротехнические, химические способы борьбы и регулирования чис­ленности вредного вида.

ЗАДАНИЕ 1. Заполните таблицу 1:

1 .Классификация пестицидов в зависимости от их целевого назначения

Пестициды Назначение
Гербициды
Инсектициды
Фунгициды
Родентициды (зооциды)
Альгициды
Бактерициды
Дефолианты
Десиканты
Ретарданты

(для борьбы с: бактериями и бактериальными болезнями растений; грибковыми заболеваниями растений и различными гриба­ми; грызунами; сорными растениями; вредными насекомыми; для тор­можения роста растений и повышения устойчивости стеблей против полегания; для уничтожения водорослей и сорной растительности в водоемах; для удаления листьев и ботвы; для подсушивания листьев перед уборкой).

ЗАДАНИЕ 2.Нарисуйте и проанализируйте схему миграции и биоконцентрации хлорорганических соединений в пищевых цепях:

Рыбы – птицы Вода- водоросли — Планктон – Птицы- ХОС- Человек- Дикие животные -Грудное молоко- новорожденные — Сельскохозяйственные животные, мясо, яйца, молоко и продукты его переработки, растение

ЗАДАНИЕ 3. Используя теоретический материал, заполните таблицу 2:

2.Разнообразие подходов к классификации пестицидов

Признаки Классификация
По химическим признакам
По токсичности для человека и теплокровных животных
По устойчивости к разложе­нию в почве
По степени комплексного воздействия на организм

ЗАДАНИЕ 4.Нередко использование пестицидов против сель­скохозяйственных вредителей на следующий год вызывает еще большую вспышку их численности. Это связано с тем, что пестициды (под­берите ответ):

а) слабоядовиты для вредителей; б) усиливают репродуктивные способности вредителей; в) подавляют вредителей и одновременно их естественных регуляторов.

ЗАДАНИЕ 5.Из предложенного набора видов составьте три пи­щевых цепи с разным количеством звеньев и проанализируйте в какой из них накапливается больше остаточных количеств пестицидов и в каком звене (уж, кузнечик, пшеница, ястреб, лягушка, мышь полевка).

Контрольные вопросы

1. Какие по химическому составу и свойствам пестициды отно­сятся к наиболее токсичным?

2. Какие супертоксиканты входят в качестве микропримеси в со­став пестицидов комплексного действия? Охарактеризуйте их.

3. Какие негативные экологические последствия связаны с ис­пользованием пестицидов? Чем они обусловлены?

4. Какими путями пестициды могут поступать в организм чело­века?

5. Что является критерием оценки содержания пестицидов?

6. Различаются ли растения по степени накопления остаточных количеств пестицидов в продуктивных органах?

7. В чем суть биологического метода защиты растений от вреди­телей, болезней и сорной растительности?

1 .Агроэкология. Черников В.А., Чекерес А.И. -М: Колос, 2000. 2.Агроэкология. Черников В.А. Модуль 6. Сельскохозяйствен ная экология. Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 2000 г.

З.Черников В.А. и др. Экология и устойчивое сельское хочиПп во: Материалы для чтения. М.: Изд-во МСХА, 2000.

4.Материалы для чтения. М.: Изд-во МСХА, 2000 г.

Источник