|
|
Статьи Соросовского Образовательного журнала в текстовом формате
Дан краткий обзор направлений использования пестицидов, их экономической эффективности, токсичности, форм применения и основных требований к современным пестицидам. Описаны условия их безопасного использования для человека и окружающей среды.
ПЕСТИЦИДЫВ СОВРЕМЕННОМ МИРЕ
Н. Н. МЕЛЬНИКОВ, Г. М. МЕЛЬНИКОВА
Пестициды - собирательный термин, охватывающий химические соединения различных классов, применяемые для борьбы с вредными организмами в сельском хозяйстве, здравоохранении, промышленности, нефтедобыче и многих других случаях. Пестициды начали использовать еще в войсках Александра Македонского для борьбы с паразитами человека (порошок долматской ромашки). В здравоохранении пестициды применяют для борьбы с членистоногими - переносчиками таких опасных заболеваний, как малярия, чума, туляремия, энцефалит, сонная и слоновая болезнь, многие кишечные заболевания. В здравоохранении и ветеринарии, кроме того, пестициды используют в качестве дезинфицирующих средств, в промышленности - для предохранения неметаллических материалов (полимеров, древесины, текстильных изделий), борьбы с обрастанием морских судов, особенно в южных морях, для борьбы с сероводородобразующими бактериями, для предохранения труб от коррозии.
В наибольших масштабах пестициды используют в сельском хозяйстве для борьбы с членистоногими (инсектициды и акарициды), нематодами (нематоциды), грибными (фунгициды) и бактериальными (бактерициды) заболеваниями растений и животных, а также для борьбы с сорняками (гербициды). К пестицидам относят также регуляторы роста растений (ретарданты), используемые для борьбы с полеганием различных культур, для дефолиации (удаления листьев) и десикации (подсушивания растений на корню), чтобы облегчить уборку урожая, а также для предохранения от заморозков и засухи.
Бытует мнение, что применение пестицидов представляет большую опасность для человека и животных. Это связано с применявшимися ранее очень ядовитыми соединениями мышьяка. Современные пестициды за редким исключением обладают низкой токсичностью, приближающейся к токсичности поваренной соли, и во много раз менее ядовиты, чем кофеин. Отметим также, что современные пестициды в течение одного вегетационного периода полностью разрушаются в окружающей среде.
Масштабы применения пестицидов. О масштабах применения пестицидов можно судить по табл. 1 и рис. 1, на котором показано изменение стоимости потребления пестицидов в мире с 1945 года в ценах 1992 года и дан прогноз на 1997 год. Как видно из приведенных на рис. 1 данных, мировая стоимость потребления пестицидов с 1945 по 1992 год возросла более чем в сто раз, что объясняется усложнением молекул применяемых препаратов, увеличением стоимости их производства и масштабов применения.
Современные требования к пестицидам. В связи с широким применением пестицидов возник вопрос о возможной опасности их для человека и окружающей среды. Опасность применения пестицидов может быть связана с наличием остатков в пищевых продуктах, с загрязнением водоемов, почвы и других объектов. По этому вопросу было много эмоциональных выступлений в печати, которые характеризуют не столько опасность, сколько некомпетентность их авторов. Для уменьшения возможной опасности разработаны следующие требования к современным пестицидам:
1) низкая острая токсичность для человека, полезных животных и других объектов окружающей среды;
2) отсутствие отрицательных эффектов при длительном воздействии малых доз, в том числе мутагенного, канцерогенного и тератогенного действия (тератогенный - повреждающий зародыш);
3) низкая персистентность (низкая устойчивость в окружающей среде со временем разложения не более одного вегетационного периода).
Кроме того, рекомендуемые препараты должны обладать следующими свойствами:
1) высокая эффективность в борьбе с вредными организмами;
2) экономическая целесообразность использования;
3) доступность сырья и производства.
Мониторинг, проводимый в США на содержание пестицидов в пищевых продуктах, показывает, что 80-90% их не содержит пестицидов совсем, 10% содержит допустимые нормы и только 0,7% - выше нормы. Интересно отметить, что в странах наиболее интенсивного применения пестицидов самая высокая продолжительность жизни людей, что не является признаком положительного действия применения пестицидов на продолжительность жизни, а характеризует лишь отсутствие их достаточно заметного отрицательного влияния при правильном применении. Во всем мире ведется интенсивная работа по совершенствованию ассортимента применяемых пестицидов и уменьшения их вредного воздействия на окружающую среду. В настоящее время на эти работы фирмами - производителями пестицидов, а также из федеральных бюджетов экономически развитых стран, таких, как США, Англия, Франция, Япония, Германия, Швейцария, расходуется более 2 млрд долл. в год.
Токсичность пестицидов. Говоря о токсичности пестицидов, надо сказать, что большинство современных препаратов заметно более безопасны, чем многие лекарственные средства. Например: ЛД50 поваренной соли - 3750 мг/кг, кофеина - 200 мг/кг, аспирина - 1750 мг/кг, а современных гербицидов - производных сульфонилмочевины - 5000 мг/кг (ЛД50 - доза препарата, при которой погибают 50% экспериментальных животных). По статистике отравлений в США наибольшее число смертельных случаев отмечено при отравлении алкоголем и менее 2% - от пестицидов и минеральных удобрений.
Экономическая эффективность применения пестицидов. Широкое применение пестицидов связано с их высокой экономической эффективностью, которая может быть охарактеризована следующим примером: прополка одним человеком 1 га сахарной свеклы требует не менее 20 рабочих дней, тогда как использование современных гербицидов позволяет решить эту проблему за 30-40 мин. Кроме того, применение некоторых гербицидов позволяет перейти к беспахотному земледелию, что резко сокращает расход горючего и труда. Эффективность комплексной химизации зерновых культур может быть показана на примере ФРГ. С 1955 по 1988 год урожай пшеницы в стране вырос с 25 до 64 ц/га, из которых 10 ц приходится на улучшение семеноводства и обработки почвы, 7 ц - на применение минеральных удобрений, 7 ц - на применение ретардантов и остальное - на инсектициды, фунгициды и гербициды.
Как видно из табл. 1 и 2, наибольшая урожайность зерновых культур в странах с интенсивным применением пестицидов.
Инсектициды. Переходя к характеристике современных пестицидов, отметим, что в качестве инсектицидов для борьбы с членистоногими используют главным образом фосфорорганические соединения, синтетические пиретроиды и частично, в основном в Африке, Китае и Южной Азии, хлорорганические соединения, такие, как ДДТ и линдан (линдан - 98-100%-ный g-изомер гексахлорциклогексана, гексахлоран - техническая смесь изомеров гексахлорциклогексана, содержащая 12-13% g-изомера).
Гербициды. Ассортимент гербицидов весьма значителен и используется применительно к разным культурам. Препаратами, не потерявшими своего значения и сейчас, являются 2, 4-Д (2,4-дихлороксифеноксиуксусная кислота) и ее производные, 2-метил-4-хлор-феноксиуксусная кислота и ее производные, которые пока еще в широких масштабах используют для борьбы с сорняками в посевах зерновых культур, однако для полного уничтожения сорняков требуются и другие гербициды. Из препаратов для борьбы с сорняками в посевах злаков укажем на производные арилоксифеноксипропионовой кислоты, а для борьбы с сорняками в посевах сахарной свеклы успешно применяется препарат фюзилад-супер при нормах расхода 125 г/га
В последне время широко применяются производные сульфонилмочевины, из которых в практических условиях используют более десяти препаратов. Эту группу соединений применяют при нормах расхода 10-50 г/га. Такие низкие нормы расхода вызывают необходимость очень осторожного их использования, так как повышение норм расхода может вызвать отрицательные последствия
Фунгициды. В качестве фунгицидов и протравителей семян в значительных количествах используются дитиокарбаматы (ТМТД, манеб, цинеб, поликарбацин, манкоцеб, соединения меди и новые системные фунгициды). Большим достижением последних десятилетий является открытие системного фунгицидного действия у бенлата и производных триазола и морфолина. (Системными фунгицидами называются вещества, способные передвигаться по сосудистой системе растений.) Наиболее распространенными препаратами триазолового ряда являются байтан, байлетон и пропиконазол. Применение системных фунгицидов позволяет эффективно бороться со многими грибковыми заболеваниями растений, в том числе с такими, как фузариум, который вырабатывает ядовитые микотоксины. Их токсичность сопоставима с токсичностью стрихнина и некоторых боевых отравляющих веществ. Кроме того, некоторые микотоксины обладают канцерогенным действием. Интересным препаратом является карбоксин, используемый в качестве протравителя семян в борьбе с пыльной головней; на пыльную головню другие препараты не действуют. Ассортимент фунгицидов весьма значителен
Ретарданты. Большое значение имеет борьба с полеганием особенно зерновых культур, при котором теряется до 20% урожая. Средства борьбы с полеганием - ретарданты в настоящее время также находят широкое применение в сельском хозяйстве. Наиболее широко используются хлорхолинхлорид и 2-хлорэтилфосфоновая кислота (этрел)
Биологические средства защиты растений. Наряду с химическими средствами защиты растений интенсивно разрабатываются биологические методы. Различие между биологическими и химическими методами состоит в том, что в качестве химических средств используются вещества, а в качестве биологических - существа, способные к размножению. Эта формулировка принята на Генеральной Ассамблее ООН в 1969 году для характеристики отличий химического и биологического оружия. Возникает вопрос: возможно ли получение хороших урожаев без применения пестицидов? Однозначно ответить на этот вопрос нельзя. Все зависит от вида вредителя и культуры, которую требуется защитить. Так, например, для борьбы с паутинным клещиком на огурцах в закрытом грунте можно успешно применять хищного клеща фитосейулюса, но в открытом грунте опыты по применению фитосейулюса менее удачны.
Биологические средства защиты растений используют в настоящее время для борьбы с вредителями 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. Наилучшие результаты достигнуты в борьбе с членистоногими. Для защиты от болезней растений некоторое применение получили антибиотики, но в большинстве случаев они не имеют преимуществ перед химическими средствами. Для борьбы с сорными растениями эффективных средств пока не найдено, только в отдельных случаях имеются некоторые виды насекомых, избирательно уничтожающих отдельные сорняки. В большинстве случаев при отсутствии химических средств защиты растений стоимость сельскохозяйственной продукции пока возрастает в 2-3 раза, что связано с рядом трудностей, так как биологические объекты являются менее стандартизованными, чем химические. Такой известный препарат, как дендробациллин, содержащий споры Bacillus thurengiensis и обладающий широким спектром действия на членистоногих, является скорее химическим препаратом, поскольку действует в виде токсина - вещества.
К настоящему времени в США созданы сорта хлопчатника с геном, ответственным за образование токсина Bacillus thurengiensis, что можно отнести к чисто биологическому методу. Однако применение таких сортов хлопчатника из-за боязни отрицательных последствий для природы и человека пока не разрешено.
Перспективным методом защиты растений от членистоногих является использование половых феромонов для привлечения особей другого пола и уничтожения их на приманочных участках. Кроме того, феромоны можно использовать для дезориентации особей другого пола. Возможно также использование лучевой стерилизации самцов для уменьшения популяции вредителей. Однако феромоны являются химическими веществами, и их можно в равной степени отнести как к биологическому, так и к химическому методу борьбы. Положительными их свойствами являются отсутствие отрицательного действия на полезных насекомых, человека и животных, отсутствие загрязнения окружающей среды (феромоны применяются в основном в ловушках, которые убирают после применения). Кроме того, большинство феромонов практически нетоксичны для человека и животных. Недостатком феромонов является их узкая специфичность действия. Для некоторых видов насекомых применение феромонов дает наилучший эффект. Предполагают, что биологические средства борьбы с вредителями составят около 6% от всех применяемых пестицидов.
Наиболее перспективной является интегрированная защита растений с использованием всех возможных средств защиты растений, с учетом биологических особенностей вредителя и его врагов. Это позволяет в некоторых случаях удешевить защиту растений, однако в современном виде борьба с массовыми вредителями - саранчой, луговым мотыльком - может успешно осуществляться химическими средствами.
Формы применения. Пестициды, подобно лекарственным средствам, применяют в виде различных форм, важнейшими из которых являются следующие.
1. Смачивающиеся порошки, которые при разведении водой дают устойчивую суспензию. Они содержат действующее вещество, наполнитель, детергент и иногда некоторые вспомогательные вещества в зависимости от активности препарата. Содержание действующего вещества может колебаться от 1 до 90%.
2. Концентраты эмульсий, которые с водой образуют устойчивую эмульсию. Концентрат эмульсии содержит действующее вещество, растворитель, детергент и вспомогательное вещество. Содержание действующего вещества в зависимости от активности соединений может колебаться от 1 до 90%.
3. Дусты для опыливания. Они содержат наполнитель, действующее вещество и вспомогательные вещества, содержание действующего вещества в дустах может колебаться от 1 до 20%.
4. Гранулы с различной величиной частиц, содержащие действующее вещество, наполнитель, вспомогательные вещества. Величина гранул может колебаться в широких пределах в зависимости от назначения, содержание действующего вещества - от 1 до 10%.
Растворимые в воде препараты выпускаются как в твердом виде (порошок, таблетки), так и в виде водных растворов. В некоторых случаях такие препараты содержат растворимый в воде наполнитель, а также некоторые неорганические добавки типа силикагеля, легко суспендирующиеся в воде. Таблетки или гранулы содержат действующее вещество и нерастворимый в воде, но легко суспендирующийся в воде наполнитель.
5. Растворы в органических растворителях.
6. Для борьбы с грызунами используют в качестве наполнителей пищевые продукты.
Существуют и другие формы применения: аэрозоли, суспендирующиеся в воде грануляты.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В настоящее время пестициды являются основными средствами защиты растений, животных и различных материалов от повреждений разнообразными организмами. Например, в России в 1992 году пришлось вести борьбу с саранчой на площади около 2 млн га, что потребовало закупки большого количества дециса за валюту, а также использования военных самолетов, так как саранча за один день способна уничтожить растительность на огромных площадях. В 1972 году в СССР на 2 млн га вся растительность была уничтожена луговым мотыльком. В 1995 году в Красноярском крае сибирским шелкопрядом было повреждено 600 тыс. га леса. Борьба с шелкопрядом велась с привлечением сил МЧС. В 1996 году в России из-за недостаточной борьбы с клопом-черепашкой 5 млн т пшеницы потеряло хлебопекарные качества, и ее можно было использовать только на корм скоту, что нанесло убыток в два триллиона рублей. Зерно, зараженное фузариозом, из-за накопления ядовитых микотоксинов не может быть использовано даже на корм скоту. Можно вспомнить голод в Ирландии в 1848 году из-за неурожая картофеля, который погиб в результате размножения гриба фитофторы. В настоящее время, используя контактные и системные фунгициды, удается избежать массовых эпифитотий.
Учитывая большую работу, проводимую в области создания новых пестицидов и подбора ассортимента, можно надеяться, что будет уменьшаться вредное воздействие и увеличиваться избирательность действия пестицидов на различные живые организмы. Одним из серьезных недостатков современных препаратов, особенно инсектицидов, является приобретение нежелательными организмами резистентности (устойчивости) к применяемым препаратам, которая в настоящее время преодолевается использованием смесей пестицидов с различным механизмом действия. Например, использование смесей фунгицидов контактного и системного действия, инсектицидов - пиретроидов с фосфорорганическими инсектицидами. Приобретение резистентности вызывает необходимость систематического пополнения ассортимента препаратами с различным механизмом действия, что требует больших затрат средств и времени.
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Мельников Н.Н. Пестициды: Химия, технология и применение. М.: Химия, 1987. 712 с.
2. Мельников Н.Н., Волков А.И., Короткова О.А. Пестициды и окружающая среда. М.: Химия, 1977. 223 с.
3. Пестициды в экосистемах: Проблемы и перспективы: Аналитический обзор. Новосибирск: СО РАН, ГПНТБ, 1994. 142 с.
4. Мельников Н.Н. Современная ситуация с применением пестицидов // Хим. пром-сть. 1994. ╧ 2. С. 14-18.
* * *
Николай Николаевич Мельников, главный научный сотрудник Научно-исследовательского института химических средств защиты растений, член-корреспондент РАН. Область научных интересов: химия пестицидов и химия элементоорганических соединений. Автор более 20 книг и брошюр, в том числе шести монографий, более 1000 статей.
Галина Михайловна Мельникова, научный сотрудник того же института (НИИХСЗР).
