microbik.ru
1
Лекция 6
ВЛИЯНИЕ ПЕСТИЦИДОВ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

Вопросы:

  1. Поведение пестицидов в воздухе.

  2. Поведение пестицидов в воде.

  3. Поведение пестицидов в почве.
ПОВЕДЕНИЕ В ВОЗДУХЕ

Основной источник поступления пестицидов в воздушную среду — обработка ими сельскохозяйственных культур, семян, лесных угодий, водоемов. Именно переносом по воздуху можно объяснить широкое распространение в окружающей среде стойких веществ, которые могут обнаруживаться на значительном расстоянии от мест их применения.

При мелкодисперсном распылении, особенно при авиаобработках, препараты могут адсорбироваться в воздухе твердыми частицами и переноситься потоками воздуха.

Пестициды попадают в воздушную среду вместе с почвенной пылью при ветровой эрозии, а также при обработке почвы и при уборке урожая. Значительное их количество обнаруживается в ат­мосферной пыли районов, где практикуется интенсивная химическая обработка.

Пестициды могут поступать в воздушную среду и с влажных поверхностей в результате возгонки с водным паром и вследствие испарения с поверхности почвы и растений.

Степень загрязненности атмосферного воздуха пестицидами зависит от их физико-химических свойств, температуры воздуха, скорости ветра, величины обрабатываемой площади, а также от способа внесения. Наиболее высокая концентрация препаратов в воздухе отмечается к середине дня, когда температура его повы­шается до максимальной.

Пестициды удаляются из атмосферы вместе с осадками, в про­цессе диффузии в пограничном слое воздуха и океана, а также в результате химического разрушения. Наибольшее значение в данном случае имеют химические превращения, при которых получаются менее токсичные продукты, чем исходные пестициды. К таким реакциям в первую очередь должны быть отнесены гидролиз парами воды, окисление кислородом воздуха и озоном, которые в большинстве случаев ускоряются под влиянием света. В этих усло­виях способны деградировать и стабильные хлорорганические пре­параты.

Из атмосферы пестициды и их метаболиты попадают в воду, поч­ву, продолжая циркулировать в окружающей среде.
ПОВЕДЕНИЕ В ВОДЕ

Вода служит основным средством транспорта пестицидов в окружающей среде. В открытые водоемы они могут попадать со сточными водами предприятий, которые их выпускают, при авиа­ционной и наземной обработках сельскохозяйственных угодий и лесов, с дождевыми и талыми водами, а также при непосредственной обработке открытых водоемов для уничтожения водорослей, моллюс­ков, переносчиков заболеваний человека и животных, сорных растений.

Почвенные и грунтовые воды, внутренние водоемы, реки и Мировой океан при определенных условиях могут стать конечным депо для пестицидов. Вследствие этого возможно загрязнение водое­мов в первую очередь стойкими веществами. В разных странах мира в воде открытых водоемов обнаружены остатки хлорорганических соединений, однако лишь в редких случаях они достигли опас­ного уровня.

Важное значение имеет накопление стойких хлорорганических инсектицидов в иле водоемов. Это может приводить к вторичному загрязнению воды.

Некоторые пестициды в незначительных концентрациях могут изменять органолептические свойства воды (запах, вкус), отрица­тельно влиять на процессы образования кислорода фитопланктоном, на жизнедеятельность обитателей водных экосистем, передаваться по цепям питания и кумулироваться в продуктах.

Влияние пестицидов на обитателей водных систем может проявляться как в прямом токсическом действии (острая или хроническая токсичность), так и косвенно (снижение содержания растворимого в воде кислорода, изменение химического состава воды, уничтожение водных насекомых и т. д.).

При переходе пестицидов из воды в другие звенья биологической цепи их содержание увеличивается в сотни и тысячи раз. Будучи поглощенными организмом - фильтратором (например, одним из видов планктонных организмов), стойкие препараты могут откладываться в тканях и затем попадать в организм рыбы. В последующих зве­ньях пищевой цепи действие веществ, обладающих кумулятивным свойством, усиливается в несколько раз. Так, при поступлении хлорорганических препаратов со стоком дождевых вод в водоемы в количестве 0,00003 мг/л их находили в рыбе в концентрации 1— 7,4 мг/кг, а в раках — 0,5—7 мг/кг.

Необходимо отметить, что токсичность пестицидов для разных видов рыб и других водных обитателей различна и может изме­няться в весьма широких пределах. В целом наиболее опасны хлорорганические пестициды, наименее вредны фосфорорганические и производные карбаминовой кислоты. Однако колебания в токсич­ности для рыб весьма существенны, что связано с различным ме­ханизмом действия на рыб не только отдельных классов соединений, но и препаратов.

Для оценки стабильности пестицидов в воде с учетом опасности для рыб можно использовать следующую шкалу:

до 5 дней — малостабильное вещество,

6—10 — среднестабильное,

11—30 — ста­бильное,

более 30 — высокостабильное.

В основном многие пестициды быстро разрушаются в водной среде, в связи с чем их применение в сельском хозяйстве в борьбе с вредителями, болезнями и сорняками сельскохозяйственных куль­тур не влечет за собой отрицательных последствий.
ПОВЕДЕНИЕ В ПОЧВЕ

Пестициды вносят в почву для уничтожения почвообитающих вредителей, нематод, сорняков, возбудителей бактериальных и грибных заболеваний. Попадают они в почву и после обработки надземных органов растений: смываются выпадающими осадками, сносятся ветром.

Пестициды могут поступать в почву в виде их остатков, содержа­щихся в листьях, корнях и т. д. В почве в зависимости от условий они могут оставаться в неизмененном состоянии и сохранять свою токсичность в течение более или менее продолжительного времени.

Свойство пестицидов противостоять разлагающему действию физических, химических и биологических (биохимических и мик­робиологических) процессов характеризует их стойкость (персистентность).

Продолжительность сохранения пестицидов в почве зависит от их химических и физических свойств, дозы, формы препарата (порошок, жидкость и т. д.), типа почвы, ее влажности, темпера­туры и физических свойств, состава почвенной микрофлоры, видо­вого состава произрастающих растений, особенностей обработки почвы.

По скорости разложения в почве пестициды делятся на группы.

Необходимо отметить, что во многих случаях тип почвы, особен­но ее микрофлоры, определяет в основном продолжительность разложения большинства пестицидов. Вещества, внесенные в почву в виде гранул, сохраняются в ней более продолжительное время, чем порошковидные или жидкие.

Передвижение пестицидов в почве. Пестициды и их метаболиты находятся в почве в лабильном состоянии со всеми тремя ее фазами и в связи с этим могут передвигаться по почвенному профилю в гори­зонтальном и вертикальном направлениях. Этот процесс про­исходит под действием молекулярной диффузии с капиллярной влагой, нисходящего тока гравитационной воды, корневой системы растений и в результате перемещения при обработке почвы. На более значительные расстояния пестициды передвигаются с током воды, возникающим после дождя или орошения. Скорость и глубина вертикального перемещения зависят от растворимости в воде пре­парата, особенностей его адсорбции и десорбции, летучести, а также от интенсивности испарения почвенной влаги.

При продолжительном дожде или орошении слабоадсорбируемые гидрофильные вещества движутся вниз по профилю почвы вме­сте с водой. С наступлением сухой погоды при повышенном испаре­нии раствор пестицида по капиллярам поднимается к поверхности почвы. Когда испарение и вымывание уравновешиваются, хорошо растворимые в воде пестициды движутся вниз, а плохо растворимые задерживаются в верхнем слое почвы. Если концентрация веществ в почвенном растворе снижается из-за разложения, вымывания или испарения, то часть их, адсорбированных почвенными коллоидами, вследствие десорбции может вновь поступать в почвенный раствор.

Разложение пестицидов в почве. Пестициды видоизменяются . или полностью разлагаются в почве в результате физико-химических процессов, микробиологического разложения, поглощения высши­ми растениями и почвенной фауной. Детоксикация многих пестици­дов происходит вследствие адсорбции перегноем и другими кол­лоидами или образования стойких комплексов. Удаляются препара­ты из почвы в результате улетучивания, испарения с водяными парами, передвижения за пределы корнеобитаемого слоя, вымывания дождевыми, талыми, оросительными, грунтовыми и почвен­ными водами.

Роль физических факторов в инактива­ции пестицидов в почве. Пестициды, вносимые в почву, снижают активность благодаря адсорбции их почвенными коллои­дами. Степень адсорбции большинства препаратов во многом за­висит от содержания гумуса в почве. Установлена зависимость адсорбции некоторых пестицидов от рН. Важное значение для степени адсорбции пестицидов имеют механический состав, содержание глинистой и илистой фрак­ций и особенно природа и происхождение глинистых минералов, которые различаются величиной поверхности частиц и строением кристаллической решетки. Степень адсорбции пестицидов почвой во многом зависит от ее влажности. Чем больше воды поглощают коллоиды, тем меньше остается свободных мест для сорбции препаратов. Характер адсорбции зависит от химической структуры пести­цида, его основности, от свойств его функциональных групп обра­зовывать водородные и дипольные связи. Адсорбция пестицидов в почве зависит от ее температуры. Осадки и повышение температуры способствуют десорбции погло­щенных почвой пестицидов.Испарение с водяными парами является одним из факторов потери токсичности в почве инсектицидов.

Физико-химическое и химическое разложе­ние пестицидов в почве. Пестициды могут разлагаться под действием солнечного света. Гидролитические и окислительные превращения многих пести­цидов в почве значительно снижают их токсическое действие. При этом важную роль играют химическая структура препарата и его свойства.

Разложение пестицидов почвенными мик­роорганизмами. Разложение в почве большинства препаратов связано с микробиологической деятельностью. Чем лучше усло­вия для развития почвенных микроорганизмов, тем интенсивнее идет микробиологическое разложение пестицидов. Характер распада органических соединений зависит от осо­бенностей того или иного фермента, продуцируемого микроорганиз­мами. В ряде случаев этот распад на определенных этапах осуще­ствляется с участием нескольких ферментов, выделяемых различ­ными микроорганизмами.

Окисление пестицидов в почве микроорганизмами протекает весьма разнообразно.

Фосфорорганические инсектициды разлагаются в почве с участием микроорганизмов. Так, разложение метафоса в тяжело­суглинистой почве идет наиболее интенсивно при повышенной влаж­ности и температуре 30 °С и связано с гидролизом или восстановле­нием до аминформы.

Фунгициды наименее подвержены микробиологическому распа­ду в почве из-за сильного бактерицидного и фунгитоксического действия.

Разложение гербидидов значительно ускоряется при повышении влажности и температуры почвы.

Поглощение и детоксикация пестицидов растениями. Накопле­ние стойких веществ в почве в ряде случаев приводит к перемещению их в стебли, листья и корнеплоды. Уровень содержания в них пестицида определяется абсорбцией, поступлением и разложе­нием его в растении и почве. В целом интенсивность миграции препарата из почвы в растение и накопление в продуктивных орга­нах зависят от содержания его в почве, хотя не во всех случаях наблюдается прямая связь между этими показателями.

Поглощение и вынос пестицидов из почвы растениями в значи­тельной мере зависят от их видовых особенностей. В свою очередь, выращиваемая культура оказывает влияние на содержание пес­тицидов в почве и скорость их детоксикации. В целом в посевах пропашных культур и на паровом поле она интенсивнее.

Большинство препаратов в устойчивых растениях быстро де­стабилизируется благодаря наличию в них механизмов быстрой детоксикации. Им принадлежит особая роль в удалении гербицидов из почвы.

Влияние пестицидов на активность почвенной микрофлоры и фауны. Пестициды, вносимые в почву, могут изменять состав почвенной микрофлоры.

У почвенных микроорганизмов отмечена различная чувствитель­ность к действию фосфорорганических инсектицидов. При усложне­нии клеточной структуры микроорганизмов наблюдается повышен­ная чувствительность к этим соединениям. В то же время назван­ные препараты действуют как фактор изменчивости микроорганиз­мов, который затрагивает их морфологические, культуральные и физиологические признаки. Почвенные фунгициды и фумиганты, как правило, действуют отрицательно на почвенную микрофлору. Общим показателем воздействия пестицидов на почвенную мик­рофлору может быть биологическая активность почвы или интенсив­ность почвенного дыхания (поглощение О2, выделение СО2).

Изменение активности почвенных ферментов при определенных условиях характеризует действие пестицидов на микробиологиче­скую деятельность в почве. Влияние препаратов на биологические процессы в ней наиболее четко выявляется лишь при повторном или многократном их применении.

Характер и степень воздействия пестицидов на почвенную фауну зависят от свойств препаратов, их содержания в почве, состава фау­ны, почвенно-климатических условий.

В одних случаях пестициды стимулируют размножение почвен­ной фауны, в других — вызывают ее угнетение и гибель.

Менее опасны для почвенной фауны нестойкие, быстро разла­гающиеся пестициды. Большую опасность представляют стойкие соединения при их избыточном накоплении.

Фосфорорганические инсектициды на почвенную фауну воздей­ствуют непродолжительно.

Большинство фунгицидов и гербицидов также оказывает незна­чительное влияние на почвенную фауну, так как они сравнительно быстро разлагаются в почве.