Что такое пестициды в экологии

Что такое пестициды в экологии

В Британии такие агенты применяются главным образом в сельском хозяйстве, хотя их используют также для защиты запасов продовольствия, древесины и других природных продуктов. Во многих странах ведется химическая борьба с вредителями лесов, а также переносчиками заболеваний человека и домашних животных (например с малярийными комарами).

Различное действие ДДТ на животных, обитающих на растениях и в почве. Гусеницы репницы питаются зелеными листьями. Опрыскивание ДДТ эффективно уничтожает этих вредителей лишь на короткий период в первый год (А). Поскольку остатки пестицида, накапливающиеся в почве, губят хищников, поедающих гусениц, популяция репницы заметно увеличивается при повторных обработках (Б). (J. D. Dempster (1968) The control of Pieris rapae with DDT, J. Appl. EcoL 5, 451-62.)

Экологически важные свойства пестицидов

К важным с экологической точки зрения свойствам пестицидов относятся их токсичность, устойчивость к разложению и специфичность.

Токсичность вещества в отношении конкретного вида обычно измеряется 50%-ной летальной дозой (ЛДм). Это такое количество пестицида (в пересчете на особь), которое убивает половину обработанной подопытной популяции. В полевых условиях, где на организмы действуют дополнительные стрессы и применяются более высокие дозы пестицидов, смертность видов-мишеней бывает выше, но, по определению, отдельные организмы выживают. Впрочем, задача их полного искоренения обычно не ставится: важно снизить ущерб до приемлемого уровня, который определяется в основном экономическими соображениями. К сожалению, такое выживание создает основу для отбора на резистентность (устойчивость) к данному агенту, и у видов с коротким жизненным циклом, например насекомых, быстро появляются популяции, против которых эффективные прежде пестициды оказываются бессильными.

СТОЙКОСТЬ. Этот показатель определяется временем сохранения вещества в экосистеме, в том числе в ее биотическом компоненте, до разрушения, приводящего к потере пестицидных свойств. Пример крайне стойкого ядохимиката — хлорор-ганический агент ДДТ, который широко применялся с 1940-х по 1960-е годы.

Обычно высокая стойкость пестицидов нежелательна (особенно на продовольственных культурах), однако в ряде ситуаций, скажем, при борьбе с эктопаразитами животных или почвенными патогенами, она важна с практической и экономической точек зрения. Однако долгое присутствие в окружающей среде ядохимиката может приводить к непредсказуемым и потенциально опасным последствиям. Например, в середине 1960-х гг. ДДТ был обнаружен в печени пингвинов в Антарктике — очень далеко от тех мест, где применялся этот химикат.

Пестицидное отравление губительно действует на многих плотоядных, особенно птиц. Например, сокол сапсан полностью исчез на востоке США в результате применения там ДДТ. 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.

Главные пути воздействия пестицидов па экосистемы. К — вид-конкурент; П — кормовой вид (пища); М — вид-местообитание; X — вид-хищник. (С изменениями из: N. W. Moore (1967) A synopsis of the pesticide problem. Advances in Ecological Research, J. B. Cragg(ed.)pp. 75—126, Blackweli.)

ДДТ сейчас запрещен в наиболее развитых странах, включая Британию и США. Однако он сравнительно дешев и до сих пор считается хорошим средством в определенных 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.

СПЕЦИФИЧНОСТЬ. Пестициды различаются по своей специфичности, т. е. 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 фсноксиуксусной кислоты характеризуются прямо противоположным действием.

Применение пестицидов широкого спектра действия чревато «возрождением» вредителей, т. е. появлением их после обработки в большем, чем до нее, 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 счет общего роста зеленых частей капусты. Однако уровень ядохимиката в почве остается высоким, особенно если в нее 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

Долговременные эффекты пестицидов, особенно в низких дозах, и возможный синергизм их с другими загрязнителями среды и переносчиками болезней, изучены слабо в связи с относительной новизной большинства ядохимикатов. Растут опасения, что «безвредные» следы их метаболитов, сохраняющиеся в пише, хотя и не оказывают токсического, а тем более летального действия, могут тем не менее снижать сопротивляемость болезням и постепенно накапливаться в организме до опасного уровня. Многие ученые связывают наличие остатков пестицидов в Северном море с быстрым распространением вирусных болезней в популяции обыкновенного тюленя летом 1988 г.

Общий эффект использования пестицидов — снижение видового разнообразия. Обычно пестициды также повышают продуктивность на нижних трофических уровнях и понижают на верхних. Влияние их на редуцентов плохо изучено; последствия всех этих изменений для кругоусиленному поиску альтернативных стратегий борьбы с вредными организмами. Ниже мы коротко охарактеризуем две из них: биологическую и комплексную борьбу. Последняя подразумевает более «точечные» пестицидные обработки в сочетании с биологическими методами, карантином и т. п.

Источник

Пестициды для защиты растений, животных и человека

Пестициды — общее название химических веществ, которые используются для защиты растений, животных и человека от вредителей и некоторых болезней. Пестициды еще часто называют ядохимикатами. Чаще всего пестициды нужны для уничтожения вредителей зерновых и плодово-овощных культур. Но химическими методами борются также с животными и насекомыми, разносчиками опасных заболеваний (например, тифа, малярии, энцефалита), обрабатывая места размножения крыс, комаров, клещей.

Виды пестицидов:

— гербициды — против любых не основных растений;
— инсектициды — против насекомых;
— акарициды — против клещей;
— фунгициды — против грибковых заболеваний;

Пестициды для борьбы с вредителями-грызунами называются родентициды, улитками — моллюсициды, некоторыми видами червей — нематоциды.

К пестицидам принято относить также средства для:

— уничтожения листвы (дефолианты); завязей и цветов (дефлоранты);
— отпугивания (репелленты) и привлечения (аттрактанты) насекомых;
— ускорения роста растений (ауксины, гиббериллины);
— высушивания стеблей и облегчения сбора урожая (десиканты).

Пестициды, как химические вещества, можно разделить на следующие группы:

— неорганические вещества: ртутьсодержащие соединения, соли меди, мышьяка, бора, бария, производные серы, фтора и некоторые другие;
— органические вещества: хлорпроизводные углеводороды, производные фосфорных кислот и карбаминовой кислоты, искусственные пиретроиды, нитрофенолы, хлорфенольные кислоты;
— биологического происхождения: антибиотики, пиретрины.

Для чего нужны пестициды

Ядохимикаты используют для борьбы с вредителями и болезнями культурных растений, лесов; с насекомыми, повреждающими древесину. Их применяют против паразитов, обитающих на животных и людях; против животных, поедающих урожай или распространяющих заболевания.

По данным статистики потери урожая от паразитов, сорняков, болезней, грызунов и птиц составляет от одной трети до половины урожая, который можно было бы собрать в идеальных условиях. В пересчете на объемы всего мира, потери достигают гигантской цифры в 200 миллионов тонн зерна, которым можно было бы накормить миллиард человек. Поэтому современное сельское хозяйство немыслимо без применения пестицидов.

Польза и вред от пестицидов

Средства для уничтожения паразитов растений были известны еще до нашей эры. В те времена применялись различные растительные препараты. В 18-м веке для борьбы с болезнями растений и вредителями начали использовать некоторые неорганические вещества, например, соли меди и мышьяка. По-настоящему активно пестициды стали применять в 20-м веке, особенно во второй его половине. Появились эффективные хлорорганические (например ДДТ) и фосфороорганические (карбофос, тиофос и т.п.) пестициды широкого спектра действия.

Через некоторое время эйфория от убийственного эффекта ядохимикатов пошла на убыль. Появились данные о неблагоприятном воздействии пестицидов на окружающую среду; о том, что они отравляют не только вредителей, но и полезных насекомых, теплокровных животных; вызывают различные болезни и отклонения в развитии у человека. Обнаружилось, что многие пестициды весьма устойчивы и постепенно накапливаются в почве, в растениях, в тканях человека и животных.

Плохо также, что у пестицидов обнаружился механизм обратного действия: через некоторое время вредители вырабатывают иммунитет к отравляющим химическим веществам и размножаются даже в большем количестве, чем до обработки пестицидами. Это объяснилось тем, что от ядохимикатов погибают естественные враги вредителей, но в отличие от самих паразитов, им на восстановление нужно гораздо больше времени ввиду более малочисленной популяции.

Пестициды в современном сельском хозяйстве

Интенсивное сельское хозяйство немыслимо без применения ядохимикатов. На сегодняшний день специалисты насчитывают тысячи химических веществ и соединений, которые применяются для защиты растений.

Современные пестициды значительно гуманнее к окружающей среде, и нормы их расхода снижены в несколько раз по сравнению нормами полувековой давности. Кроме того установлены строгие стандарты обработки растений, чтобы остаточные метаболиты ядохимикатов не обнаруживались в готовом урожае. Разработаны средства защиты для людей, которые работают с ядохимикатами, для предотвращения несчастных случаев. Создано много пестицидов для локального воздействия на определенные виды паразитов, а яды широкого действия, например, фосфорорганические соединения, быстро разлагаются в окружающей среде на нетоксичные вещества и не сохраняются в урожае. Ученые постоянно разрабатывают новые виды пестицидов на замену тем, к которым у вредителей выработалась невосприимчивость.

Источник

Коварные помощники человечества: пестициды

Коварные помощники человечества: пестициды

Современные пестициды отличаются большим разнообразием. Они незаменимы в сельском хозяйстве и других сферах.

Автор

Редакторы

В современном мире человечество использует более тысячи разных средств для борьбы с вредителями — пестицидов. Первые такие вещества появились тысячелетия назад. Сначала люди применяли средства природного происхождения, а примерно в середине XIX века на помощь фермерам пришли химики. Благодаря пестицидам мы не испытываем проблем с продовольствием и можем приобрести в супермаркетах любые продукты. Однако эффекты пестицидов не так однозначны: эти вещества могут быть токсичными, канцерогенными и мутагенными. Поэтому важно уметь точно определять и тщательно контролировать содержание пестицидов в пище и окружающей среде. Эта статья открывает цикл публикаций о пестицидах. В ней мы расскажем об истории создания и применения средств для борьбы с вредителями, рассмотрим их основные типы и классификации, обсудим вред для человека и окружающей среды, а также поговорим о том, какие существуют альтернативы пестицидам.

Пестициды

Партнер спецпроекта — компания «МС-АНАЛИТИКА», авторизованный дистрибьютор хроматографических и масс-спектрометрических систем Thermo Scientific в России и СНГ.

Пестициды — это химические средства, которые используются человеком для борьбы с разнообразными вредителями. В этом спецпроекте мы расскажем об истории создания и применения пестицидов, выясним, какие пестициды сейчас применяют и можно ли найти им альтернативы, а также обсудим, как определяют и контролируют уровень этих веществ в продуктах питания и окружающей среде.

Примерно 12 тыс. лет назад в истории человечества начался процесс, который повлек за собой массу глобальных перемен: увеличилось население планеты, возникла цивилизация, появились первые государства, культура, экономика. Произошла неолитическая революция — переход от охоты и собирательства к земледелию и скотоводству [1], [2].

Неолитическая революция происходила независимо в разных центрах: в Новой Гвинее (10 тыс. лет назад); на Ближнем Востоке, в так называемом Плодородном полумесяце (9–10 тыс. лет назад); в Центральной Америке, на юге современной Мексики (4–9 тыс. лет назад); на севере современного Китая (6–8,5 тыс. лет назад); в Южной Америке, в Андах (6 тыс. лет назад); в Северной Америке, в среднем течении Миссисипи (1,8–4 тыс. лет назад) [1].

Переход от охоты и собирательства к земледелию и животноводству в целом не очень хорошо повлиял на здоровье людей. Пища стала мягче, и из-за этого участились заболевания пародонта и кариес. Менее разнообразный рацион привел к нехватке некоторых питательных веществ. Из-за скученности и тесного соседства с животными стали быстрее распространяться инфекции. Хотя земледелие и скотоводство — труд нелегкий, с их приходом физическая активность в целом начала постепенно снижаться [2], [3].

Но новый образ жизни принес и плюсы. Благодаря неолитической революции появились все те блага цивилизации, которыми мы пользуемся и сегодня: поселения постепенно укрупнялись, формировались первые государства, законы, письменность, культура, разделение труда и товарообмен. Из-за стремительного повышения фертильности быстро росла численность населения [2].

К естественному отбору присоединился отбор искусственный, называемый в сельском хозяйстве селекцией. Человек отдавал предпочтение самым урожайным растениям и тем, которые приносили самые вкусные и крупные плоды. В результате такого отбора некоторые сельскохозяйственные культуры изменились до неузнаваемости по сравнению со своими дикими предками. Например, ученым стоило немалого труда отыскать растение, от которого произошла кукуруза (рис. 1). Тысячелетия искусственного отбора вызвали изменения в пяти генах, превратившие жиденькие колоски в сочные питательные початки [4].

Рисунок 1. Эволюция кукурузы в результате селекции. По внешнему виду сразу и не скажешь, что первый и последний початки в ряду — родственники.

Итак, неолитическая революция с селекцией сделали еду доступнее и вкуснее. Но древние земледельцы столкнулись с новыми проблемами: болезнями растений, сорняками и вредителями. Для борьбы с ними в ход пошли религиозные ритуалы, народная магия, вещества растительного и минерального происхождения.

Прародители пестицидов из Древнего мира и Средних веков

Война людей с сельскохозяйстенными и прочими вредителями имеет долгую историю. Первые упоминания о применении инсектоакарицидов датируются 1 500 годом до н.э.: шумеры использовали соединения серы для борьбы с насекомыми и клещами (рис. 2) [5].

Рисунок 2. Основные вехи создания и применения пестицидов в истории человечества.

Древние египтяне для защиты зерна в хранилищах смешивали его с пылью и золой: такая обработка вызывала обезвоживание и гибель некоторых насекомых-вредителей. Древнеегипетские жрецы широко применяли кадильницы, в которых вещества, способные убивать и отпугивать насекомых, подвергались пиролизу (термическому разложению) или испарялись. В зернохранилищах для отпугивания мышей и крыс нагревали навоз газелей [6].

В Китае для защиты цитрусовых «натравливали» хищных муравьёв на вредоносных гусениц и жучков. В «Илиаде» Гомера встречается упоминание о борьбе с саранчой с помощью огня [7]. Демокрит почти 2 500 лет назад советовал обрабатывать растения настоем маслин, так как это помогало защитить их от насекомых и предотвратить гниение.

В Древнем Риме тщательно продумывали расположение и обустройство зернохранилищ. Они должны были хорошо продуваться ветром либо, наоборот, находиться под землей, без доступа воздуха. Изнутри пустые амбары тщательно покрывали пастой из осадка нефильтрованного оливкового масла (amurca), извести и измельченной листвы некоторых растений [6].

Авиценна предлагал использовать для борьбы с насекомыми шишки кипариса, листья олеандра, мирт и полынь [6].

В Средние века с вредителями по-прежнему боролись веществами растительного происхождения и некоторыми простыми неорганическими соединениями. Параллельно из уст в уста передавались всевозможные заговоры, молитвы и магические ритуалы.

Забавные способы борьбы с вредителями от средневековых специалистов

В византийской сельскохозяйственной энциклопедии X века «Геопоника» можно встретить описание такого ритуала для изгнания полевых мышей:

Возьми лист бумаги и напиши на нём: “Я заклинаю любых мышей, пойманных здесь, не вредить мне и не давать другим мышам делать этого. Я даю вам следующую землю [и назовите ее]. Если я найду тебя здесь, я возьму Мать Богов в качестве свидетеля, я разделю тебя на семь частей”. После этого прикрепите бумагу до восхода солнца к камню в поле, где находятся мыши (надпись должна быть видна снаружи).

Для того чтобы избавиться от ласок, та же книга предлагает поймать одну из них, отрезать ей хвост или яички, но оставить в живых. Видимо, пострадавшее животное должно было «предупредить» своих собратьев о том, что их может постичь то же самое [8].

Постепенно научное мировоззрение брало верх над мистическим. Примерно с середины XIX столетия начался расцвет производства химических препаратов для защиты растений. С 1867 года начали использовать соединения мышьяка, с 1880 года в США — полисульфиды кальция, с 1890 года в Германии — эмульсию каменноугольных масел. Для борьбы с кровососущими насекомыми в 1896 году были предложены керосиново-известковые и керосиново-мыльные эмульсии. Применяли и препараты растительного происхождения, такие как никотин-сульфат [9].

С изобретением ДДТ в борьбу с вредителями вступила «тяжелая артиллерия». Но на самом деле эпоха химических пестицидов началась намного раньше. Некоторые соединения первого поколения, предложенные в XIX столетии, оказались настолько удачными, что их применяют до сих пор.

Так, в 1887 году во французском регионе Бордо П.-М. А. Мийярде и У. Гейон предложили использовать смесь из раствора медного купороса и известкового молока. Полученное соединение назвали бородской жидкостью и до сих пор используют в растениеводстве для борьбы с грибками [9].

Пестицид ДДТ: лучший друг человека или тайный враг?

Рисунок 3. Химическая формула ДДТ. 4,4′-дихлордифенилтрихлорэтан получают конденсацией хлорбензола (C₆H₅Cl) с хлоралем (C₂HCl₃O) в присутствии концентрированной серной кислоты (H₂SO₄).

В 1874 году австрийский химик Отмар Цайдлер синтезировал вещество под названием 4,4′-дихлордифенилтрихлорэтан, сокращенно — ДДТ (рис. 3). Более полувека этот пестицид оставался без дела, и о его существовании за пределами научных кругов мало кто знал [10].

Популяризатором ДДТ стал швейцарский химик Пауль Герман Мюллер (рис. 4). Начав свою карьеру с изучения красителей и дубильных веществ, в 1935 году он решил найти «идеальный инсектицид», который мог бы эффективно уничтожать насекомых-вредителей без причинения вреда растениям, человеку и другим млекопитающим. Кроме того, химик ожидал от этого вещества медленного разрушения и продолжительно действия, и конечно, экономической целесообразности его применения. Мюллер распылил небольшое количество ДДТ в контейнере, где находились насекомые, и те погибли. Затем он очистил контейнер и посадил в него других насекомых — не выжили и они [10], [11].

Рисунок 4. Пауль Герман Мюллер. Ученый, благодаря которому мир узнал, что есть такой пестицид — ДДТ.

Во время Второй мировой войны ДДТ хорошо зарекомендовал себя в борьбе со вшами, которые переносили сыпной тиф. Позже пестицид широко применяли для уничтожения малярийных комаров и других насекомых — переносчиков инфекций. Правительство Швейцарии и Департамент сельского хозяйства США успешно использовали дихлордифенилтрихлорэтан для борьбы с колорадским жуком [10], [11].

Поначалу изобретение Цайдлера восприняли с воодушевлением (рис. 5, 6). ДДТ зарекомендовал себя как эффективное и в то же время, как тогда казалось, безопасное средство для борьбы с вредными насекомыми. Во многом благодаря этому пестициду наконец удалось взять под контроль свирепствовавшую в СССР и других регионах мира малярию. В 1944 году Уинстон Черчилль сказал:

Мы обнаружили много профилактических средств против тропических болезней и насекомых-переносчиков всех видов, от вшей до комаров. Превосходный порошок ДДТ, который… как было обнаружено, дает удивительные результаты, отныне будет широко использоваться британскими войсками в Бирме и американскими и австралийскими войсками в Тихом океане и Индии на всех театрах боевых действий.

В 1948 году Мюллер был удостоен Нобелевской премии по физиологии или медицине «За открытие высокой эффективности ДДТ как контактного яда» [11].

Рисунок 5. Пляж 1945 года. Облако, которое распыляют из машины, — ДДТ. В то время это вещество считалось безопасным для человека.

Рисунок 6. Изображение из журнала Time, 1947 г. Надпись гласит: «ДДТ — это хорошо для меня!» Позже всеобщий восторг сменится критикой, неприятными открытиями и запретом.

В промышленных масштабах ДДТ начали производить с 1943 года. Для борьбы с насекомыми — переносчиками болезней требовались лишь небольшие количества химиката. Куда более масштабным его применение стало после 1945 года, когда ДДТ начали использовать для уничтожения вредителей в сельском хозяйстве и лесоводстве. Уже в начале 1960-х во всем мире ежегодно производилось 400 тыс. тонн дихлордифенилтрихлорэтана, из которых 70–80% предназначалось для сельского хозяйства [12]. Тогда же появились и первые заявления о том, что «превосходный порошок» не так уж превосходен и безопасен.

В 1962 году вышла книга морского биолога Рэйчел Карсон «Безмолвная весна» (рис. 7). В ней автор утверждала, что ДДТ и его метаболиты негативно влияют на окружающую среду, особенно на птиц. В частности, под воздействием ДДТ истончается скорлупа птичьих яиц, что приводит к гибели эмбрионов. В книге также поднимались вопросы влияния ДДТ на здоровье человека и обсуждалась вероятность того, что при неумеренном использовании пестицидов вредители могут выработать резистентность к ним. «Безмолвная весна» вызвала широкий общественный резонанс, но ДДТ продолжали активно применять еще десятилетие [11], [13].

Рисунок 7. Рэйчел Карсон, начавшая борьбу против применения ДДТ (а), и обложка ее книги «Безмолвная весна» (б). Карсон первой заговорила о том, что пестициды не только уничтожают вредителей, но и наносят вред окружающей среде. Ее книга смогла изменить американское законодательство в части обращения пестицидов и способствовала запрету на применение ДДТ в США.

Оказалось, что дихлордифенилтрихлорэтан накапливается в почве и водоемах, и опасен он не только для птиц, но и для рыб, земноводных, морских микроорганизмов. Он задерживается в жировой и других тканях организма, проникает в грудное молоко. Есть данные и о вреде ДДТ для человека. Некоторые исследования связывают воздействие химиката с повышенным риском развития миеломы, рака печени и поджелудочной железы. Однако эту взаимосвязь нельзя считать абсолютно доказанной, поэтому ДДТ классифицируют как вероятный канцероген. Есть опасения, что этот пестицид может вызывать эндокринные нарушения и повышать риск развития рака молочной железы [11], [14].

В 1970 году Швеция стала первой страной, которая запретила ДДТ по экологическим соображениям. Вскоре ее примеру последовали другие развитые страны, в том числе СССР. Однако мир не отказался от применения ДДТ полностью. Так, в 1990 году общие объемы его производства составили около 13 млн тонн [11].

Главными причинами запрета ДДТ как сельскохозяйственного пестицида стали токсические эффекты в отношении животных (в первую очередь рыб и птиц), его накопление в окружающей среде и потенциальные риски для людей, а также быстрое формирование устойчивости к пестициду у ряда вредителей.

В 2004 году вступила в силу Стокгольмская конвенция о стойких органических загрязнителях (СОЗ). Это международное соглашение разрешает использовать ДДТ исключительно как средство для борьбы с комарами, переносящими возбудителя малярии. В 2006 году эксперты ВОЗ заявили, что допускают применение дихлордифенилтрихлорэтана в помещениях в африканских странах, где малярия считается серьезной проблемой здравоохранения. В таких случаях польза от пестицидов перевешивает риск вреда, который они могут причинить окружающей среде и здоровью человека [13].

Такие разные пестициды

В настоящее время существует более 1 000 разных пестицидов, их классифицируют разными способами: в зависимости от происхождения и химической структуры, механизма действия, группы подавляемых вредителей, степени опасности. Ниже мы рассмотрим основные классификации.

Классификация пестицидов в зависимости от их химической природы

В зависимости от химического строения пестициды делят на две большие группы — органические и неорганические.

Неорганические пестициды известны человечеству с древнейших времен и отличаются относительно простой структурой молекул. Обычно эти вещества представляют собой кристаллы, неплохо растворимые в воде. Типичные неорганические пестициды — сера и известь.

Органические пестициды устроены сложнее. Основу их молекул составляет (как и у любой органики) углеродный скелет, зачастую «приправленный» атомами кислорода, фосфора, серы. Подавляющая часть современных пестицидов — органические [15]. В свою очередь, они делятся на две подгруппы — естественного происхождения и синтетические.

Пестициды естественного происхождения чаще всего получают из растений. Как пример можно привести пестицид широкого спектра действия ротенон — изофлавоноид, который содержится в разных органах хикамы и некоторых других растений, преимущественно семейства Бобовые. В качестве инсектицидов применяют пиретрины — вещества, содержащиеся в цветках пиретрума (далматской ромашки) [16].

Синтетические пестициды производят искусственно. Их структурное разнообразие очень велико, поэтому рассмотрим лишь основные группы.

Человек не первым начал применять яды, действующие на натриевые каналы: многие животные используют такие нейротоксины для охоты и защиты. В настоящее время ученые активно исследуют эти вещества: «Яды — высокоточное оружие: компьютерное исследование природных нейротоксинов» [21].

Классификация пестицидов в зависимости от цели применения

Вредители бывают разными. Действие пестицидов может быть направлено против вирусов, бактерий, грибков, простейших, сорных растений, членистоногих, моллюсков, грызунов и других млекопитающих. Некоторые препараты приводят к гибели «нежелательных гостей», в то время как другие их отпугивают, нарушают размножение, рост, развитие. В зависимости от этих особенностей выделяют несколько разных групп пестицидов (табл. 1).

Таблица 1. Классификация пестицидов в зависимости от целей применения. [24]

Название группы	Использование	Представители
Вирициды	Уничтожение вирусов	Рибавирин
Бактерициды	Уничтожение бактерий, поражающих растения и находящихся в почве	Гидроксид меди, касугамицин, стрептомицин, тетрациклин
Фунгициды	Борьба с грибками и оомицетами	Цимоксанил, карпропамид, металаксил, карбоксин, ауреофунгин, касугамицин, стрептомицин, валидамицин, карбендазим, тиабендазол, тиофанат-метил, ципроконазол, дифеноконазол, флусилазол, тебуконазол, триадимефон, бордоская смесь, хлорокись меди, ипродион, каптан, фербам, тирам, зирам, манкоцеб, манеб, метирам, пропинеб, цинеб, изопротиолан, тридеморф, эдифенфос, фосетил-Al, фенаримол, тритиконазол
Альгициды	Уничтожение водорослей	Сульфат меди, диурон, изопротурон, оксифлуорфен, симазин
Гербициды	Уничтожение, подавление роста и развития сорных растений	Алахлор, бутахлор, метолахлор, претилахлор, метабензтиазурон, пендиметалин, оксифлуорфен, имазетапир, анилофос, глифосат, оксадиаргил, оксадиазон, клодинафоп, цигалофоп, квизалофоп, паракват, атразин, изопротурон, линурон, метоксурон, хлоримурон, сульфосульфурон
Антидоты гербицидов	Защита сельскохозяйственных растений во время работы гербицидов	Беноксакор, клоквинтоцет, циометринил, ципросульфамид
Акарициды	Уничтожение клещей, нарушение их роста и развития	ДДТ, дикофол, карбофуран, метиокарб, пропоксур, абамектин, милбемецин, флуфеноксурон, хлорпирифос, оксидеметон-метил, форат, фосалон, фенпироксимат, фипронил, бифентрин, цигалотрин, флувалинат, перметрин, хлорфенапир
Инсектициды	Уничтожение насекомых либо нарушение их роста и развития	Азадирахтин, пиретрины, карбофуран, карбосульфан, метомил, бупрофезин, дифлубензурон, феноксикарб, авермектины, милбемецин, спиносад, картап, клотианидин, имидаклоприд, тиаметоксам, ацетамиприд, тиаклоприд, ДДТ, линдан, эндосульфан, дихлофос, монокротофос, фосфамидон, деметон-О-метил, этион, малатион, форат, диметоат, фосалон, азинфос-метил, хлорпирифос, пиримифос-метил, хинальфос, триазофос, цифлутрин, цигалотрин, циперметрин, цифенотрин, дельтаметрин, фенпропатрин, эсфенвалерат, флувалинат, имипротрин, хлорфенапир, клотианидин, тиаметоксам, тиаклоприд, изопротиолан
Регуляторы роста насекомых	Нарушение роста и развития насекомых	Дифлубензурон, бупрофезин
Хемостерилянты	Стерилизация насекомых-вредителей. Механизмы действия этих веществ: Полный список пестицидов, которые применяются в России, содержит «Государственный каталог пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению на территории Российской Федерации», опубликованный Министерством сельского хозяйства РФ. Классификация пестицидов в зависимости от степени токсичности Таблица 2. Классификация пестицидов в зависимости от степени токсичности по GHS. [25] Категория токсичности Критерии классификации При пероральном применении При дермальном применении ЛД50 (мг/кгмассы тела) Степень опасности ЛД50 (мг/кгмассы тела) Степень опасности 1 Таблица 3. Классификация пестицидов в зависимости от степени токсичности по ВОЗ. [25] Класс токсичности ЛД50 при введении крысам (мг/кгмассы тела) Перорально Дермально В твердой форме В жидкой форме В твердой форме В жидкой форме Ia Чрезвычайно опасные 5 и менее 20 и менее 10 и менее 40 и менее Ib Очень опасные 5–50 20–200 10–100 40–400 II Умеренно опасные 50–500 200–2000 100–1000 400–4000 III Слегка опасные 500 и более 2000 и более 1000 и более 4000 и более Классификации пестицидов в зависимости от пути проникновения в организм и механизмов действия Контактные пестициды (в эту группу входит ДДТ) вызывают гибель нежелательного объекта при контакте с любой частью его тела. Их добавляют в воду, распыляют в виде аэрозолей, наносят на листья растений. Простейший пример — аэрозоли, которые распыляют для борьбы с комарами. Как правило, механизм действия контактных пестицидов основан на том, что они нарушают работу дыхательной и нервной систем вредителя или же блокируют различные метаболические пути растений и микроорганизмов [15]. Желудочно-кишечные пестициды оказывают свое действие, когда попадают в пищеварительную систему и всасываются в кровоток. Приманки, содержащие токсины, успешно используют для борьбы с тараканами, муравьями и другими насекомыми. Для уничтожения грызунов часто применяют антикоагулянты: они нарушают свертываемость крови, и животное погибает от кровотечения. Преимущество таких пестицидов в том, что они действуют спустя несколько дней после поедания приманки со смертельной дозой. Если отраву случайно съест человек, домашний питомец или сельскохозяйственное животное, останется достаточно времени, чтобы ввести антидот — витамин K1 [15]. Системные пестициды защищают животных или растения от вредителей изнутри: вещество разносится по всем тканям защищаемого объекта и убивает желающих попитаться на нём. В качестве «бытового» примера системных пестицидов можно привести средства против клещей и блох [15]. Фумиганты представляют собой газы. С их помощью уничтожают членистоногих и грызунов [15]. Чаще всего пестициды выпускают в виде таблеток, водорастворимых и смачивающихся порошков, минерально-масляных эмульсий, водных растворов, гранул, концентратов эмульсии. Человечество изобрело много разных способов применения пестицидов, и перечислять их можно очень долго. Мы живем в эпоху третьего поколения пестицидов: сейчас существует более 1 000 средств для борьбы с вредителями [26]. Отказаться от этих химикатов невозможно: если перестать их использовать, потери урожая из-за насекомых, грызунов, сорняков и микроорганизмов увеличатся вдвое. Количество продовольствия сократится на 30–40%, и на планете неизбежно начнется голод. Но есть и оборотная сторона медали: большинство пестицидов не отличается избирательностью действия, они накапливаются в окружающей среде и могут негативно влиять на многих животных, включая человека [27]. Вредны ли пестициды для человека? Пестициды способны нанести вред здоровью человека, но степень этого вреда зависит от многих факторов: Согласно данным ВОЗ, ежегодно в мире происходит от 500 тыс. до 1 млн отравлений пестицидами. До 20 тыс. человек в результате интоксикации погибает. Около 50% отравлений и 75% смертей приходится на людей, которые непосредственно контактируют с пестицидами, — в основном работников сельского хозяйства. Известны и бытовые случаи, связанные с неправильным применением средств для борьбы с вредителями в домах и на приусадебных участках [19]. В апреле 2017 года международная ассоциация Pesticide Action Network (PAN) опубликовала отчет, в котором были представлены данные по 106 странам. В нём содержался список из 370 активных компонентов пестицидов и их комбинаций, использование которых в этих странах было запрещено [28]. В первую очередь под запрет попали стойкие органические загрязнители (вещества, которые могут длительно сохраняться в окружающей среде) и генотоксичные препараты (вызывающие мутации, которые могут стать причиной пороков развития или онкологических заболеваний). Средства, которые сейчас разрешены к применению, могут навредить лишь в случае, когда их дозы превышают установленный безопасный уровень [26]. В таблице 4 представлены группы пестицидов, которые оказывают наиболее значительное влияние на здоровье человека, и их основные токсические эффекты. Яватмальский скандал В 2017 году более 800 фермеров и сельскохозяйственных работников в районе индийского города Яватмал были госпитализированы с симптомами отравления. Минимум 20 из них умерли (рис. 8), сотни временно потеряли зрение. Но эта местность обрела мрачную славу гораздо раньше: с 2001 по 2016 год здесь зафиксировали более 3 500 самоубийств — в основном фермеров, выращивающих хлопок. Местное население называют «молчаливыми жертвами быстрого развития страны». Для того чтобы защитить растения от вредителей, фермеры вынуждены покупать дорогие генетически модифицированные семена и использовать всё больше пестицидов. Именно последние и стали причиной массовых отравлений в 2017 году. Работники на полях мешали «коктейли» из разных средств для уничтожения насекомых и стимуляторов роста растений. Составы распыляли в больших количествах вручную, не используя специальных средств защиты. Кроме пестицидов, произведенных на территории Индии, в список виновников отравления попал швейцарский препарат Polo с активным веществом диафентиурон. Ассоциация Pesticide Action Network относит его к чрезвычайно опасным. Этот инсектицид поступил в продажу в 1991 году, в 2002 был запрещен в Европейском союзе, в 2009 — в Швейцарии. Диафентиурон опасен при вдыхании, а при длительном и повторяющемся воздействии вызывает повреждения разных органов. Получив «бан» на родине, швейцарская компания Syngenta стала производить Polo на экспорт. В 2017 году за границу было вывезено 126 тонн препарата, в том числе 75 тонн — в Индию. После яватмальского инцидента в Швейцарии начали обсуждать возможность запрета экспорта пестицидов, запрещенных на территории собственной страны из-за негативного влияния на здоровье людей и окружающую среду. Тем временем индийские СМИ сообщали о новых случаях отравления яватмальских фермеров, уже в 2018 году [35]. Рисунок 8. Женщина, муж которой погиб в результате отравления пестицидами в Яватмале. 42-летний отец двоих детей умер 23 сентября 2017 года. Заключение патологоанатомов: «Результаты соответствуют смерти в результате отравления». Отравление при попадании в организм больших доз — наиболее яркое, очевидное, но далеко не единственное проявление токсических эффектов пестицидов. На самом деле они куда более коварны. Лишь 5% токсина достигает цели — поражает вредителя. Около 95% пестицида попадают в окружающую среду. Его молекулы разносятся на большие расстояния со сточными водами, ветром, происходит их биоаккумуляция. Крупные хищники, венчающие пищевую цепь, могут поглощать настолько большие количества пестицидов, что это негативно сказывается на их выживании и размножении. Не стоит забывать, что один из таких хищников — человек. Рост заболеваемости, смертности, нарушение фертильности, изменение соотношения полов у некоторых организмов — нельзя исключить, что всем этим мы (хотя бы частично) обязаны крупномасштабному применению пестицидов [36]. Эксперты ВОЗ считают, что защитить людей от вредных эффектов пестицидов можно с помощью следующих мер: Все меры по защите населения перечислены в Международном кодексе поведения в области распределения и использования пестицидов, принятом в 2002 году Продовольственной и сельскохозяйственной организацией Объединенных Наций (Food and Agriculture Organization, FAO). О мониторинге пестицидов и методах, которые для этого используются, мы расскажем подробнее во второй статье цикла. Регистрация пестицидов в пищевых продуктах с использованием тандемной хромато-масс-спектрометрии Анализ пестицидов в пищевых продуктах — одна из наиболее важных и сложных задач в повседневной лабораторной практике. Европейское законодательство, самое строгое из современных (Регламент (ЕС) №396/2005 и Директива Комиссии 2006/125/ЕС), устанавливает максимально допустимые уровни (МДУ) остаточного содержания пестицидов в различных продуктах растительного и животного происхождения. Требуемые низкие пределы обнаружения большинства пестицидов представляют собой значительную аналитическую проблему. Однако сегодня существуют подходы, идеальные для определения остаточных содержаний пестицидов в самых разнообразных продуктах питания, напитках и сельскохозяйственном сырье, из которого их производят. Такая эффективность обеспечивается сочетанием методов газовой хроматографии и масс-спектрометрии (ГХ-МС/МС). Thermo Fisher Scientific предлагает комплексное методическое решение для рутинного мультиостаточного анализа пестицидов (140 приоритетных пестицидов и более 300 в расширенном скрининге) в различной продукции (клубнике, пшеничной муке, луке-порее и др.) — использование газового хроматографа TRACE 1310 с тройным квадрупольным масс-спектрометром TSQ 9000 с источником ионов AEI (Advanced Electron Ionization). Этот прибор — отличная комбинация высокой производительности и самой лучшей на сегодняшний день чувствительности. Данная масс-спектрометрическая система сочетает в себе традиционную надежность, качество, высочайшие аналитические характеристики и самые передовые технологии. А разрешающая способность этого масс-спектрометра и особая конструкция источника ионов AEI позволяют минимизировать процедуру пробоподготовки. Новые методы пробоподготовки Постоянная потребность в увеличении чувствительности и точности измерений для идентификации новых типов пестицидов требует новых разработок. Thermo Fisher Scientific предлагает разнообразные решения подготовки проб, включающие в себя экстракцию, концентрирование и очистку. Например, в последние годы широкое распространение получила методика подготовки образцов фруктов и овощей QuEChERS (Quick — быстрый, Easy — простой, Cheap — дешевый, Effective — эффективный, Rugged — надежный, Safe — безопасный). QuEChERS основана на методе твердофазной экстракции и позволяет извлекать из проб остаточные количества целевых соединений, удаляя нежелательные помехи, такие как органические кислоты, липиды, пигменты, сахара и другие. В соответствии с требованиями действующего законодательства было показано, что чувствительность этого метода анализа соответствует значениям МДУ в пределах количественного определения. Все упомянутые приборы и материалы можно приобрести у компании «МС-АНАЛИТИКА» — официального дистрибьютора Thermo Fisher Scientific в России. Подробнее о методах, используемых для детекции пестицидов в пищевых продуктах, читайте во второй статье спецпроекта Материал предоставлен партнёром — компанией «МС-АНАЛИТИКА» Существует ли альтернатива? История применения пестицидов на протяжении последнего столетия заставляет сделать некоторые неутешительные выводы. Современное человечество находится в поиске альтернатив. В качестве замены пестицидам чаще всего предлагают применять «органические» агроприемы, биопестициды и ГМО. «Органическое» производство Спрос на «органические» продукты постоянно растет. Например, в США их рынок в 1996 году составлял 3,5 млрд долларов, а в 2010 году — уже 28,6 млрд. Слово «органический» стало для многих людей неким триггером, гарантией того, что эта пища однозначно полезна и не содержит никакой «вредной химии». Это сильно сказывается на ценах: как правило, «органика» стόит намного дороже, чем «обычная» еда. Действительно, зачастую в таких продуктах нет пестицидов, и в этом их преимущество. Только нужно помнить, что под словом «органический» производители и продавцы могут подразумевать разные вещи. Чаще всего используется следующая терминология [38]: То, что в «органике» нет пестицидов, не означает, что она более полезна. Не проводилось никаких серьезных исследований, которые бы показали, что люди, употребляющие такие продукты, обладают более крепким здоровьем или лучше защищены от каких-либо заболеваний. Несомненный плюс «органического» земледелия и скотоводства в том, что они меньше загрязняют окружающую среду и зачастую органично вписываются в экосистему. Однако есть и минусы. По сути «органика» — это отказ от пестицидов без каких-либо альтернатив. Если население Земли примет такую стратегию в глобальных масштабах — сможет ли оно прокормить себя, теряя значительную часть урожая из-за полчищ вредителей и патогенов и стремительно наращивая при этом собственную численность? Этот вопрос возвращает нас к истокам — собственно, причинам, по которым люди и прибегли к помощи пестицидов [38]. Хотя методология «органического» сельского хозяйства не оказывает такого пагубного влияния на экосистемы, как пестициды, его нельзя назвать безопасными для климата планеты. В 2018 году коллектив ученых из США, Швеции, Германии и Франции пришел к такому заключению: из-за отказа от удобрений и пестицидов снижается урожайность, поэтому для производства необходимого количества пищи приходится задействовать больше земли, что в итоге повышает непрямые эмиссии углекислого газа. Зачастую пастбища и поля для выращивания сельхозкультур — это территории, отвоеванные человеком у леса. Согласно расчетам ученых, шведский «органический» горох на 50% сильнее влияет на климат планеты, чем выращенный с применением «химии». Для шведской «органической» озимой пшеницы этот показатель еще выше — 70% [39]. Таким образом, использование «органики» не может претендовать на звание панацеи, которая решит существующие проблемы в сельском хозяйстве. Не исключено, что массовый переход на подобный тип хозяйствования, с одной стороны, вызовет дефицит продовольствия, а с другой — нанесет серьезный урон окружающей среде. Поэтому стόит задуматься и об альтернативных «обходных» путях, которые помогут сократить использование химических пестицидов. На сегодняшний день самыми реальными из них можно назвать использование биопестицидов и генетически модифицированных организмов. Биопестициды Биопестициды — это органические пестициды естественного происхождения (рис. 9). Ученые считают, что для борьбы с вредителями вполне пригодны разные виды вирусов, бактерий, грибков, а также вещества, которые они вырабатывают. Например, перспективным считают семейство бакуловирусов, вызывающих эпизоотии (эпидемии) у некоторых видов насекомых [40], [41]. По сравнению с синтетическими пестицидами биопестициды имеют ряд преимуществ: По сути, биопестициды стирают грань между «органическими» продуктами и продуктами, выращенными «обычным» способом. В дополнение можно использовать средства защиты растений, которые применялись в древности: часть из них остается эффективной. Ученые считают, что нужно немного поработать с терминологией: слово «биопестицид» несет некоторый негативный оттенок [37]. Рисунок 9. Типы органических пестицидов: синтетические соединения и биопестициды. Биопестициды весьма многообразны. К ним относятся микробные пестициды, биохимические пестициды, а также вещества, которые вырабатывают для защиты от вредителей сами растения благодаря генетической модификации. Конечно же, нельзя идеализировать вещества естественного происхождения и считать, что они всегда однозначно лучше «вредной химии». Разные группы биопестицидов имеют свои недостатки, не все они полностью безопасны для человека и окружающей среды. Так что третья альтернатива пестицидам — применение генно-инженерных технологий, — пожалуй, оказывается самой перспективной. Рисунок 10. Использование ГМО и пестицидов в США в 1998–2011 гг. Слева — Процент применения генетически модифицированной кукурузы с геном Bt (красная линия), кукурузы, устойчивой к глифосату (зеленая линия), и сои, устойчивой к глифосату (синяя линия). Справа — Использование инсектицидов при выращивании кукурузы (кг/га): зеленые линии — препараты для протравливания семян, синие — другие инсектициды, черная линия — коэффициент воздействия на окружающую среду (EIQ, environmental impact quotient). Генно-инженерные методики можно применять и для того, чтобы защитить сельскохозяйственные растения от гербицидов и обеспечить избирательное уничтожение сорняков. Например, существуют ГМ-растения, устойчивые к глифосату, который более безопасен по сравнению с другими гербицидами (хотя и обсуждается вопрос о его канцерогенном потенциале) [41], [42]. Известны случаи, когда генная инженерия помогла спасти сельское хозяйство в целых странах. Например, в начале 1990-х годов на Гавайях начал стремительно распространяться вирус кольцевой пятнистости папайи. Ситуация приняла масштабы катастрофы. Единственный выход, который смогли найти ученые, — создать генетически модифицированную папайю, устойчивую к возбудителю. Сейчас примерно 80% папайи на Гавайях — ГМО. Химические препараты для борьбы с вирусом не удалось создать до сих пор [43]. Биологи разрабатывают и другие способы совершенствования сельского хозяйства в тропиках. Например, с помощью анализа метилирования ДНК можно было бы заблаговременно распознавать непригодные для выращивания пальмы, которые будут давать слишком мало пальмового масла [47]. Но это уже совсем другая история, не имеющая отношения к ГМ-технологиям. О том, что генетически модифицированные организмы полностью заменят пестициды, пока говорить рано. Сегодня на пути создания и широкого внедрения таких организмов существует множество препятствий. Прежде всего, процесс этот не самый простой и дешевый. Не всегда удается оценить экономическую целесообразность использования конкретного ГМО, а этот вопрос очень важен для производителей. Есть некоторые потенциальные риски для здоровья человека, и хотя многие мифы уже развеяны, этот вопрос продолжает обсуждаться. Ученым приходится считаться и с общественным мнением: многие люди не понимают, что такое ГМО, относятся к ним негативно и не хотят покупать трансгенные продукты [36], [43]. На данный момент пестициды незаменимы. Важно использовать их в разумных пределах, выбирать наиболее безопасные соединения и постепенно внедрять альтернативные способы защиты от вредителей и болезней. В свою очередь, разумное использование пестицидов невозможно без их точной идентификации, без анализов, которые помогали бы эффективно обнаруживать и учитывать их содержание в пище, воде, почве, воздухе и живых организмах, включая человека. Вопросы контроля и регулирования применения пестицидов в современном мире мы рассмотрим во второй статье цикла. «МС-АНАЛИТИКА» — спонсор спецпроекта о пестицидах «МС-АНАЛИТИКА» — эксклюзивный дистрибьютор оборудования для хроматографии и масс-спектрометрии ведущего производителя аналитических приборов Thermo Fisher Scientific уже более 30 лет. Thermo Fisher Scientific разрабатывает и производит лучшие в мире аналитические приборы: от настольных газовых и жидкостных хроматографов и их комбинаций с масс-спектрометром до масс-спектрометров высокого и сверхвысокого разрешения для измерения с высочайшей точностью и чувствительностью изотопного, элементного и молекулярного состава веществ. «МС-АНАЛИТИКА»предлагает оборудование для любого вида анализа — органического, элементного, изотопного, в любой области применения — науке, промышленности, экологии, медицине, криминалистике. «МС-АНАЛИТИКА» занимается поставкой, вводом в эксплуатацию, постановкой методик и обслуживанием хроматографических систем и масс-спектрометрических комплексов. Материал предоставлен партнёром — компанией «МС-АНАЛИТИКА» Источник ← Что такое диалекты и диалектизмы Что такое однородные челены → Вам также понравится Что такое смт физиотерапия 27.10.202329.04.2022 admin 0 Что такое социализм в истории 9 класс кратко и понятно 26.10.202329.04.2022 admin 0 Что такое окончательный хозяин в биологии 28.10.202320.04.2022 admin 0 Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сохранить моё имя, email и адрес сайта в этом браузере для последующих моих комментариев.