Теоретические основыэколого-биосферного земледелия

2.1. Пестициды в сельскохозяйственном производстве

Современные технологии выращивания сельскохозяйственных культур предусматривают широкое применение пестицидов. По обобщенным данным, их использование предотвращает потери урожая от вредителей на 5,1—20,7%, болезней — на 13% и от сорняков — на 6,8—15,7% [299]. В настоящее время число используемых препаратов достигло 60 тыс. Их мировой объем производства в ] 975 г. составил 1,6 млн. т, а к концу столетия он возрастет до 2,5—2,7 млн. т действующего вещества [549]. Увеличение производства ядохимикатов с середины XX в. стало выполнимо в результате расширения возможностей направленного органического синтеза. Но поскольку некоторые пестициды были получены из химического оружия второй мировой войны, это, очевидно, явилось дополнительным стимулом наращивания их выпуска [453].

Использование ядохимикатов в бывшем СССР к 1990 г. достигло 750—790 тыс. т в год. Если в 1980 г. в Советском Союзе применялось 12 кг пестицидов на каждую тонну минеральных удобрений, то в перспективе этот показатель предполагалось довести до 30 кг [188]. В 1988 г. в нашей стране химическими средствами защиты растений было обработано 154 млн. га посевов, а в 1990 г. — около 200 млн. га [100, 336]. Позднее, из–за экономического кризиса, объемы их применения стали сокращаться.

Наряду с положительным влиянием пестицидов на производство продуктов растениеводства в последнее время накапливаются данные и об отрицательных последствиях их применения. Углубление наших представлений о поведении ядохимикатов в окружающей среде вскрывает самые неожиданные проявления их действия на живые организмы и экосистемы, что обращает на себя все большее и большее внимание.

2.2. Загрязнение пестицидами почв, гидросферы, воздуха и продуктов питания

Большая часть пестицидов, применяемых при выращивании сельскохозяйственных культур, вносится непосредственно в почву или попадает туда с протравленными семенами, а также в результате смывания с поверхности растений выпадающими осадками. Многие ядохимикаты способны длительное время сохраняться в почве. Поэтому их концентрация в пахотном слое при длительном применении постепенно увеличивается.

Среднее содержание ядохимикатов в пахотных почвах в период их интенсивного применения в североевропейской части России составляло 0,005, а на юге 0,5 мг/кг [347]. Ниже приведены данные о загрязнении почв в республиках бывшего СССР (табл. 22).

Анализы показали, что почвы преимущественно загрязнены хлорорганическими и фосфорорганическими препаратами. Практически повсеместно обнаруживаются остатки ДДТ [299]. После сокращения объемов применения ядохимикатов в сельском хозяйстве произошло и снижение загрязнения почв. Но до сих пор его уровень достаточно высок. В 1996 г., по данным Росгидромета, доля площадей, загрязненных ядохимикатами в России, составила 7,6% от обследованной территории. В 1997 г. этот показатель в Курской, Тамбовской и Омской областях составил, соответственно, 40,1, 51,7 и 39% [394].

Пестициды, попавшие в почву, постепенно распределяются между отдельными ее фазами. Часть из них связывается органическим веществом и закрепляется, таким образом, в виде устойчивых химических соединений. Закрепление пестицидов в почве происходит и в результате их аккумуляции в клетках и тканях живых организмов. Другая часть пестицидов переходит в почвенный раствор и поэтому очень быстро распространяется по всему пахотному слою. Ядохимикаты, находящиеся в почве, постоянно переходят их одного состояния в другое. Интенсивность и направленность этого процесса зависит от ряда факторов — влажности, температуры, газового режима, выращиваемых культур.

Появление средств химической защиты растений в почвах неизбежно ведет к включению их в биогеохимические потоки. Миграция ядохимикатов и продуктов их физико–химической и биологической трансформации совершается в основном с поверхностными и внутрипочвенными потоками воды, в меньшей степени — за счет аэрозольного переноса. В некоторых случаях они переносятся живыми организмами, ведущими подвижный образ жизни

Миграция пестицидов с водными потоками особенно интенсивно происходит на почвах легкого гранулометрического состава с промывным режимом. При анализе образцов воды, взятых на песчаных почвах с глубины 40— 50 см, однократно обработанных атразином (1— 1,5 кг/га), он обнаруживался во всех пробах в количестве 0,14 мкг/л, а после четырех обработок — 0,57 мкг/л. Максимальный уровень атразина составил 17,5 мкг/л [633]. Данные, полученные в результате наблюдений за поведением ядохимикатов в почве на территории ряда областей РФ, свидетельствуют, что они перемещаются на глубину до 2 м. Такой препарат, как метафос, обнаруживался на глубине 90— 100 см в количестве 14,8% от его общего содержания в метровом слое [394].

По сведениям зарубежных авторов, загрязнение дренажных вод дихлорпропом и 2М-4Х отмечалось в течение недели после их применения на песчаной и двух недель на глинистой почвах [641]. В 1985—1987 гг. ими же проведен анализ 259 образцов воды из рек. В них было обнаружено 11 гербицидов, 2 фунгицида и 5 инсектицидов. Чаще всего встречались дихлорпроп и 2М-4Х, максимальное содержание которых отмечено в июне. Суммарная концентрация феноксикислот достигала 25 мкг/л.

Находящиеся в почве пестициды с нисходящими водными потоками могут выноситься в глубоко залегающие грунтовые воды. При обследовании колодцев, расположенных на территории сельскохозяйственных ферм США, в воде 69% источников выявлено наличие инсектицидов и фунгицидов [648]. В некоторых штатах до 30% артезианских скважин, предназначенных для питьевого водоснабжения, были закрыты ввиду загрязнения ядохимикатами [605]. Их появление после обработки посевов хлопка наблюдали даже на глубине 80 м [550]. Сильное загрязнение грунтовых вод средствами защиты растений наблюдается и в Германии. Там в ряде случаев их концентрация превышает установленные ПДК в 20 раз [499]. Предполагают, что из общего количества применяемых пестицидов в водоемы попадает около 5% [626].

Химические средства защиты растений обнаруживаются и в атмосфере. Очень сильно загрязняется воздух при мелкокапельном и аэрозольном распылении препаратов. Мелкие частицы используемого раствора медленно оседают на растения и поверхность почвы, что увеличивает время нахождения их в воздухе и способствует переносу на другие участки [562].

Загрязнение воздуха пестицидами возможно и в результате поступления их из почвы. После заделки гранулированного фурадана он и его метаболиты обнаруживались в воздухе в течение двух недель в количестве от 0,02 до 0,15 мг/м³ [414]. Такого рода миграция свойственна карбофосу, метафосу, прометрину, далапону, банвелу Д и полихлорпинену [381]. В воздух после применения ядохимикатов могут поступать такие токсичные газы, как фосген, цианистый водород, хлористый водород. Они образуются в результате деградации ядохимикатов, находящихся в почве или на ее поверхности [154].

Часть пестицидов, содержащихся в воздухе, поглощается атмосферными осадками и с ними попадает в почву и водоемы. В дождевой воде, собранной в районе Баден–Вюртемберга, обнаружены атразин, дихлорпроп, симазин, линдан и другие ядохимикаты [648, 500].

Аккумуляция пестицидов в почве сопровождается их переходом в растения. Причем уровень загрязнения сельскохозяйственных культур может быть значительно выше, чем почв, на которых они выращиваются. Например, при содержании в почве фосфамида в количестве 1,0 мг/кг его концентрация в растениях составила 1,4—6,3 мг/кг. Это значительно выше установленных ПДК (1,0 мг/кг) [522].

Недостаточное внимание гигиеническому аспекту применения пестицидов уделяется при использовании быстроразлагающихся препаратов. Принято считать, что вероятность загрязнения ими растений очень мала. Однако результаты экспериментов показывают, что быстрота разрушения зависит не столько от химической природы пестицидов, сколько от тех условий, в которых они разлагаются [335]. Так, 95% метафоса обычно разрушается за 7 суток, но в кислых почвах он может сохраняться в течение 5—6 месяцев [381].

В некоторых случаях нестойкие пестициды, попадая в почву, подвергаются трансформации и превращаются в достаточно устойчивые соединения. При выращивании риса для борьбы с сорняками широко используется пропанид. Обычно он полностью разрушается за 1—2 месяца. Но его метаболит является очень стойким соединением, которое способно сохраняться в почве в течение нескольких лет [95]. Поэтому применение быстроразлагающихся ядохимикатов не может гарантировать их отсутствие в почве и растениях. Ядохимикаты, находящиеся в почве, постоянно переходят их одного состояния в другое. Интенсивность и направленность этого процесса зависит от ряда факторов — влажности, температуры, газового режима, выращиваемых культур.

И при однократном применении ядохимикатов могут иметь место случаи превышения установленных нормативов. Например, в злаковых культурах, обработанных 2,4-Д, его остатки могут содержаться практически всегда, в то время как их присутствие по нормативам, принятым в нашей стране, не допускается [572].

Ядохимикаты, попадающие в растения, способны сохраняться и после их переработки. После однократной обработки винограда ридомилом в дозе 0,25 кг/га его содержание в ягодах составило 100 мкг/кг сырой массы, а в полученном из них вине — 40 мкг/л. При этом исследователи отмечают, что анализы проводились в срок, превышающий рекомендованный период ожидания на 70 суток [15].

Массовыми исследованиями пищевых продуктов, проведенными за рубежом, установлено наличие остатков пестицидов в 20% проанализированных овощей ив 15% фруктов. В 10% проб предельно допустимый уровень был превышен [299]. Третья часть продукции в начале 90‑х гг. была загрязнена пестицидами и в нашей стране. Причем в 10% случаев содержание ядохимикатов превышало допустимые нормы [387]. В России и Узбекистане половина проверенных кормов содержала ГХЦГ выше ПДК. Этот ядохимикат устойчив к разложению и поэтому еще долго будет обнаруживаться в продукции сельского хозяйства. В кормах, проанализированных в Казахстане и Узбекистане, он определяется в среднем на уровне 6—7 ПДК. В Казахстане ранее отмечалось большое загрязнение кормовых растений метафосом. В 1997 г. в аграрный сектор России было поставлено 33,9 тыс. т пестицидов, что в 2,8 раза меньше, чем в 1990 г. Это явилось причиной существенного снижения загрязнения продуктов питания. Сверхдопустимые остатки пестицидов обнаруживались в 0,4% образцов [394].

Пестициды, попадающие в организм сельскохозяйственных животных, впоследствии переходят в мясо, молоко и яйца. В желтке яиц кур, получавших корм с содержанием кельтана 5 мг/кг, он обнаруживался в количестве 1,04—3,33 мг/кг [135].

Только загрязнением кормов пестицидами можно объяснить то, что в Казахстане в молочных продуктах хлорорганические препараты в зимневесенние месяцы содержатся в 50—75%, а в летне–осенние — в 80—100% проб. По этой же причине ядохимикаты в опасных количествах обнаруживались в пятой части колбасных изделий, производимых в бывшем СССР. В 1987 г. пестициды обнаружены в 42% продукции детских молочных кухонь, а также в грудном молоке кормящих матерей [467,591,607].

Угрожающая ситуация в связи с интенсивным применением ядохимикатов складывается в Узбекистане. На территории этого государства Главной причиной появления в листьях, стеблях и плодах пестицидов является обработка вегетирующих растений, но, вместе с тем, не исключена возможность и аэрозольного их загрязнения. Интенсивность разложения препаратов, попавших в растения, зависит от многих факторов. Отдельные элементы интенсивных технологий выращивания сельскохозяйственных культур, с этой точки зрения, могут оказывать неблагоприятное воздействие. В вариантах с применением хлорхолин–хлорида срок разрушения остатков пестицида в растениях увеличивался по сравнению с контролем в 1,3—1,6 раза. Азотная подкормка оказывала аналогичное действие [299]. В табл.23 приведены результаты изучения влияния микроэлементов, содержащихся в удобрении, на скорость разрушения ядохимикатов.

Удлиняется срок детоксикации ядохимикатов и при их совместном использовании. Каратэ в отсутствии других пестицидов полностью инактивируется через 14—21 суток, в присутствии трефлана — за 28—32, прометрина — за 32—53, трефлана + прометрина — за 35—45 суток [257].

В опытах, проведенных в ВИЗР, интенсивные технологии выращивания пшеницы удлиняли срок обнаружения байлетона и тилта, соответственно, на 16 и 10 дней, а валотона и метафоса — на 5 и 7 дней [447].

Одним из факторов, определяющих скорость детоксикации остатков пестицидов в растениях, являются климатические условия. Так, ГХЦГ в больших количествах обнаруживается в капусте во влажные годы [61]. А эупарен, наоборот, долго не разрушается в засушливых условиях. После четырехкратной обработки он обнаруживается в зрелых ягодах винограда даже через 37 дней в количестве 10 мг/кг (фунгицид + его метаболит), это почти в 7 раз превышает установленный предельно допустимый уровень [116]. Так как поведение пестицидов в системе почва — растение подвержено большому числу трудноучитываемых факторов, то и при однократном применении ядохимикатов могут иметь место случаи превышения установленных нормативов. Например, в злаковых культурах, обработанных 2,4-Д, его остатки могут содержаться практически всегда, в то время как их присутствие по нормативам, принятым в нашей стране, не допускается [572].

Ядохимикаты, попадающие в растения, способны сохраняться и после их переработки. После однократной обработки винограда ридомилом в дозе 0,25 кг/га его содержание в ягодах составило 100 мкг/кг сырой массы, а в полученном из них вине — 40 мкг/л. При этом исследователи отмечают, что анализы проводились в срок, превышающий рекомендованный период ожидания на 70 суток [15].

Массовыми исследованиями пищевых продуктов, проведенными за рубежом, установлено наличие остатков пестицидов в 20% проанализированных овощей ив 15% фруктов. В 10% проб предельно допустимый уровень был превышен [299]. Третья часть продукции в начале 90‑х гг. была загрязнена пестицидами и в нашей стране. Причем в 10% случаев содержание ядохимикатов превышало допустимые нормы [387]. В России и Узбекистане половина проверенных кормов содержала ГХЦГ выше ПДК. Этот ядохимикат устойчив к разложению и поэтому еще долго будет обнаруживаться в продукции сельского хозяйства. В кормах, проанализированных в Казахстане и Узбекистане, он определяется в среднем на уровне 6—7 ПДК. В Казахстане ранее отмечалось большое загрязнение кормовых растений метафосом. В 1997 г. в аграрный сектор России было поставлено 33,9 тыс. т пестицидов, что в 2,8 раза меньше, чем в 1990 г. Это явилось причиной существенного снижения загрязнения продуктов питания. Сверхдопустимые остатки пестицидов обнаруживались в 0,4% образцов [394].

Пестициды, попадающие в организм сельскохозяйственных животных, впоследствии переходят в мясо, молоко и яйца. В желтке яиц кур, получавших корм с содержанием кельтана 5 мг/кг, он обнаруживался в количестве 1,04—3,33 мг/кг [135].

Только загрязнением кормов пестицидами можно объяснить то, что в Казахстане в молочных продуктах хлорорганические препараты в зимневесенние месяцы содержатся в 50—75%, а в летне–осенние — в 80—100% проб. По этой же причине ядохимикаты в опасных количествах обнаруживались в пятой части колбасных изделий, производимых в бывшем СССР. В 1987 г. пестициды обнаружены в 42% продукции детских молочных кухонь, а также в грудном молоке кормящих матерей [467,591,607].

Угрожающая ситуация в связи с интенсивным применением ядохимикатов складывается в Узбекистане. На территории этого государства очень сильно загрязнены большая часть водохранилищ и практически все сельскохозяйственные угодья. В результате содержание ГХЦГ в молоке, по сообщениям государственных органов здравоохранения, в отдельных случаях достигает 40 и даже 44 ПДК [467].

2.3. Возможные последствия применения пестицидов для человека и сельскохозяйственых животных

Появление пестицидов в биосфере планеты представляет существенную опасность для живых организмов. В результате применения ядохимикатов в мире ежегодно отмечается 500 тыс. случаев острых отравлений [164]. Еще больший вред здоровью людей они причиняют без внешне заметных проявлений. При острой и хронической токсичности ядохимикаты по отношению к живым организмам обладают тератогенными, эмбриотоксическими, мутагенными и нейротоксическими свойствами. Даже под воздействием современных быстроразлагающихся фосфорорганических препаратов, признанных перспективными с точки зрения специалистов по защите растений, у людей развиваются депрессия, раздражительность, нарушаются память и способность к абстрактному мышлению, 90% пестицидов обладают канцерогенным действием [607, 10].

По данным американских специалистов, у фермеров, использующих 2,4-Д более 20 дней в году, вероятность возникновения опухолей увеличивается в 6 раз [656]. Контакт с пестицидами во время их применения ведет к возникновению профессиональных дерматозов у сельскохозяйственных рабочих [644]. Исследования, проведенные в нашей стране, свидетельствуют о нарушениях иммунных свойств организма у людей, имеющих отношение к пестицидам. Уровень дисфункции иммунитета находится в прямой зависимости от стажа работы [255]. Предполагается, что наблюдаемое увеличение количества случаев неблагоприятных родов и рождение детей с наследственными дефектами является следствием появления в окружающей среде различного рода ядохимикатов [490].

Большое внимание в последние годы уделяется изучению состояния здоровья людей, проживающих в местах интенсивного применения пестицидов. Учеными из Молдовы на основе данных обследования населения сделан вывод, что общая заболеваемость людей в районах с интенсивным использованием ядохимикатов в 2,0—4,3 раза выше, чем в зонах с минимальной химизацией. Заболеваемость детей по некоторым болезням органов дыхания больше в 2,3—5,3 раза. С ростом химизации у детей чаще отмечаются заболевания системы пищеварения (энтериты, колиты, острые гастриты), болезни кожи и подкожной клетчатки, хронические заболевания уха. Установлена четкая прямая корреляционная связь между распространением врожденных аномалий, детской смертностью и уровнем применения ядохимикатов [166, 333]. Получены данные об увеличении в два раза частоты хромосомных мутаций у практически здоровых подростков 15—17 лет, проживающих в районах с высокой пестицидной нагрузкой [10].

По свидетельству работников здравоохранения, после начала интенсивного использования ядохимикатов при выращивании риса в Красноармейском районе Краснодарского края заболеваемость раком за пять лет увеличилась на 50%, психическими расстройствами — на 25% [434]. В этом же регионе проведено изучение терапевтической заболеваемости на территориях с высокими и низкими показателями использования пестицидов. В районе с максимальным уровнем химизации патология органов кровообращения, пищеварения и мочевыведения наблюдалась в 3—12 раз чаще, чем в контрольном. У пациентов в возрасте 30— 39 лет обращаемость по поводу эндокринных заболеваний оказалась выше в 10 раз [419].

Массовое применение пестицидов явилось причиной возникновения ряда самостоятельных направлений в науке. К ним можно отнести экологическую токсикологию. В ее задачу входит изучение влияния различных токсикантов на здоровье человека и животных [368,201]. Исследованиями в этом направлении было установлено, что многие продукты питания и корма, содержащие микроколичества разнообразных ксенобиотиков, обладают скрытой токсичностью. Она формируется в результате синергизма загрязняющих веществ.

Специфичность действия пестицидов, попадающих с кормом в организм крупного рогатого скота, обусловлена особенностями питания, строения и функционирования органов пищеварения. Поскольку дойные коровы для обеспечения своей молочной продуктивности, по сравнению с другими теплокровными животными и человеком, поглощают значительные количества корма на единицу массы тела, то они подвержены воздействию ксенобиотиков в еще большей степени.

В результате исследований по изучению влияния пестицидов на организм сельскохозяйственных животных, наряду с другими отрицательными проявлениями, установлена различная восприимчивость внутренних органов к ксенобиотикам. Оказалось, что порог чувствительности для половой функции примерно в 8 раз ниже, чем общая чувствительность организма [481]. Этот пример является убедительным подтверждением, насколько непредсказуемо влияние пестицидов на живые организмы.

Сторонники применения пестицидов считают, что избежать их отрицательного влияния на организм человека и сельскохозяйственных животных можно путем совершенствования ПДК вредных веществ в продуктах питания и кормах. Однако многие специалисты относят пестициды к соединениям, опасным в любых концентрациях. Высказанное ранее предположение подтверждается рядом экспериментов. При поступлении в организм человека ядохимикатов в количествах, не превышающих гигиенические нормативы, нарушаются иммунные свойства. Это снижает его сопротивляемость к разного рода инфекционным заболеваниям и заметно осложняет течение патологических процессов [295, 573].

На рекомендованные ПДК нельзя опираться по той причине, что они в первую очередь отражают не их безопасность, а степень нашей информированности о возможных отрицательных воздействиях ксенобиотиков в той или иной концентрации [533]. Подтверждением этой мысли служат данные об изменении ПДК вредных веществ в воздухе (табл. 24).

Приведенная информация касается промышленных предприятий, но, по нашему мнению, достаточно хорошо отражает сущность процессов, происходящих и в сельскохозяйственной токсикологии.

На первом этапе изучения отрицательного действия пестицидов на живые организмы внимание уделялось только их острой, а затем хронической токсичности. Позднее стало ясно, что возможны и отдаленные последствия, которые проявляются только через 2—3 поколения. Причем выявление все новых и новых сведений об отрицательном влиянии пестицидов на живые организмы происходит при изучении токсичности новых, по словам специалистов, не представляющих опасности ядохимикатов.

Регламентация загрязнения продуктов питания и кормов на основе ПДК осложняется возможностями обнаружения ксенобиотиков. Некоторые ядохимикаты или их метаболиты образуют в растениях "связанные" или "неэкстрагируемые" соединения. Их обнаружение традиционными химикоаналитическими методами затруднено. Вместе с тем, такие соединения обладают большей токсичностью, чем исходные [514].

Если даже предположить, что можно установить безопасный уровень для отдельных пестицидов, возникает вопрос, в какой мере его можно использовать в случае загрязнения продовольствия и кормов целым комплексом ксенобиотиков, токсичность которых при совместном действии усиливается?

Опасность ядохимикатов может возрастать и в результате изменения параметров окружающей среды. Экспериментальным путем была установлена возможность усиления токсичности хлорофоса и ГХЦГ при содержании подопытных животных в условиях повышенных температур (34—38 °C) [613].

Важную роль в детоксикации ксенобиотиков в живых организмах выполняют ферменты. Но поскольку их активность во многом определяется наследственными особенностями, то это обусловливает индивидуальную восприимчивость к пестицидам. Установлено, что среди здоровых людей имеются лица, которых можно отнести в группу повышенного риска, то есть им свойственна повышенная чувствительность к ксенобиотикам [446].

Следовательно, только по изложенным соображениям общепринятые ПДК для пестицидов не являются безопасными для сталеваров, кузнецов и прокатчиков, которые в процессе своей трудовой деятельности подвергаются воздействию высоких температур, и для лиц с повышенной чувствительностью к ксенобиотикам.

2.4. Влияние пестицидов на свойства растений

Пестициды, попавшие в растения, способны вовлекаться в биохимические превращения, происходящие в их тканях, и тем самым влиять на качество растениеводческой продукции. О возможной существенной перестройке биохимических комплексов растений, подвергавшихся обработке гербицидами, можно судить по тому, как изменяется их аминокислотный состав. Например, при использовании на посевах овса диалена и 2,4-Д в зерне этой культуры наблюдалось снижение содержания лизина, гистидина, лейцина, валина и, наоборот, увеличение треонина и метионина [155]. При многократном применении гербицидов из группы триазинов одновременно с ухудшением биологической полноценности зерна кукурузы происходит снижение его белковости [515]. Под влиянием широко используемого гербицида аминной соли 2,4-Д у пшеницы белковость возрастала, но наблюдалось уменьшение содержания незаменимых аминокислот. Степень проявления отмеченных закономерностей во многом зависит от погодных условий [299].

Очень чутко, по сравнению с другими культурами, на использование пестицидов реагирует картофель. Даже при отсутствии обнаруживаемых количеств гербицида банвел Д наблюдалось достоверное снижение содержания в клубнях крахмала. Аналогичное действие на картофель оказывал хлорамп [381]. В опытах других исследователей крахмалистость клубней повышалась, но уменьшалась их белковость. Так, при обработке посевов картофеля арезином содержание белка снизилось с 2,91 до 1,42%, а при использовании зенкора и его смесей с линуроном и прометрином — с 2,91 до 1,12—2,43% [85].

Изменение биохимического состава растений происходит вследствие трансформации пестицидов при включении их в метаболизм, в результате чего образуются соединения, нарушающие нормальное течение обменных процессов. Очевидно, пестициды, попадающие в ткани растений, прежде всего взаимодействуют с ферментами и витаминами, обладающими высокой биохимической активностью. Это может происходить двумя путями. Первый заключается в участии ферментов и витаминов в детоксикации ксенобиотиков, а второй — в их инактивации пестицидами посредством простого химического взаимодействия. Поэтому влияние пестицидов на растения должно очень хорошо проявляться через изменение их ферментного и витаминного состава. В то же время, как показало изучение литературы, специалисты не ставили этот вопрос на изучение, что вызывает удивление, поскольку именно этот эффект характерен для некоторых гербицидов по отношению к сорным растениям.

Недостаток информации о воздействии остатков пестицидов на ферментные системы культурных растений в какой–то мере компенсируется сведениями об изменении витаминного статуса. В ряде исследований получены достаточно убедительные данные об отрицательном влиянии гербицидов на содержание витаминов в сельскохозяйственных растениях (табл. 25).

* Статистически достоверные изменения.

В опытах этих же авторов при использовании гербицидов наблюдалось снижение накопления каротина в моркови. В подтверждение результатов своих исследований они приводят данные экспериментов других специалистов, которые отмечали уменьшение содержания аскорбиновой кислоты в луке и черной смородине.

Употребление растений с низким содержанием витаминов особенно сильно отражается на здоровье тех людей и сельскохозяйственных животных, в организм которых с пищей, водой и воздухом поступает большое количество загрязнителей окружающей среды. Это объясняется тем, что полная детоксикация ксенобиотиков происходит только при нормальной и даже несколько повышенной обеспеченности витаминами.

Экспериментальными данными доказана возможность ухудшения органолептических показателей растений, выращенных с применением пестицидов, что, по свидетельству авторов, явилось причиной снижения поедаемости зерна у подопытных животных [156]. Интересные данные, позволяющие оценить качество растений, выращенных с применением пестицидов, получены в Белорусском НИИ санитарной гигиены. Оказалось, что при содержании остатков пестицидов в зерновых культурах, картофеле и овощах в количествах, не обнаруживаемых общепринятыми анализами, происходит существенное ухудшение их биологической ценности, заключающееся в снижении эффективности использования корма и возникновении нарушений в организме подопытных животных. Особенно заметно пищевая ценность растений, обработанных пестицидами, изменяется после длительного хранения. Например, у картофеля через 5 месяцев после уборки она снизилась по сравнению с контролем на 45%, в то время как в осенний период различия были несущественны [85].

Использование пестицидов может быть причиной появления в растениях нитратов и нитрозоаминов. В опытах с капустой после применения пестицидов содержание нитратов в кочанах увеличилось в 1,4—1,6 раза. Внесение дуала, семерона и трефлана отразилось и на сохранности растений в послеуборочный период. Потери при хранении капусты, выращенной на гербицидном фоне, по сравнению с контролем были выше в 1,6—1,8 раза [205].

В результате наблюдения за культурными растениями, обработанными пестицидами, установлена возможность изменения их морфологических признаков. У зерновых культур это проявляется в уродливости колоса, колосковых чешуи, образовании стерильной пыльцы, у плодовых — в увеличении доли нестандартных ягод [111, 565, 3]. Отрицательные последствия применения пестицидов обнаруживаются не только в год их использования, но и в последующих поколениях [2]. Подобные факты первое время вызывали сомнения и объяснялись допущенными методическими ошибками, искажающими результаты исследований. Однако проведение опытов по принципиально новой схеме, исключающей действие неучитываемых факторов, не опровергло, а наоборот, подтвердило первоначальные результаты (табл. 26) [196, 197].

Данные, приведенные в табл.26, свидетельствуют, что если однократное применение гербицидов повышало урожайность пшеницы, то последовательная многократная обработка пяти поколений, наоборот, снижала. Это явление авторы наблюдали и в вегетационных опытах. Такая реакция растений на применение ядохимикатов объясняется постепенным накоплением нарушений, возникающих в генотипе. При цитологических исследованиях клеток корневой меристемы ячменя, обработанного пестицидами в дозах, близких к рекомендуемым в производстве, выявлено увеличение частоты хромосомных аномалий [555]. Высказываются соображения, что использование пестицидов в сельском хозяйстве может стать причиной быстрой утраты сортовых свойств растений.

Ядохимикаты, содержащиеся в ничтожных количествах в семенах, отрицательно влияют на их посевные качества. При обработке пшеницы хлорсульфуроном в дозе 15 г/га его содержание в зерне составило только 3,6 мкг/кг. Но даже такое незначительное количество гербицида снизило всхожесть семян пшеницы с 92 до 82% [379]. Ухудшались посевные свойства семян после применения хлорсульфурона и у льна (табл. 27). В связи с таким воздействием этого гербицида на сельскохозяйственные культуры делается вывод о необходимости отказа от его использования на семенных посевах.

Большая часть гербицидов после обработки ими посевов концентрируется в надземной части. При ее использовании в качестве удобрения они поступают в почву и могут оказывать неблагоприятное воздействие на последующие культуры. Так, хлорсульфурон, применяющийся при выращивании зерновых после заделки в почву соломы, представляет опасность для таких последующих культур, как свекла, горчица, подсолнечник, горох [379]. Следовательно, применение ядохимикатов имеет самые неожиданные последствия. Далее рассматривается экологический аспект их использования.

2.5. Экологические последствия применения пестицидов

Предсказываемые неограниченные возможности химических способов борьбы с сорняками, вредителями и болезнями сельскохозяйственных культур после начала широкомасштабного использования не подтвердились в связи с возникновением проблемы резистентности [195, 196, 307, 511, 45, 244]. В 1938 г. было известно всего 7 видов вредителей, устойчивых к пестицидам, к 1984 г. их количество возросло до 447 (рис. 2).

Рис. 2. Увеличение числа устойчивых к инсектицидам форм насекомых [606]

Это явление при первом знакомстве вызвало озадаченность, но при более детальном анализе действия пестицидов на живые организмы появление относительно невосприимчивых к ядохимикатам сорняков, вредителей и фитопатогенов объясняется достаточно просто. Как известно, эволюционное развитие любых живых организмов невозможно без генотипической изменчивости. Благодаря этому в популяциях всегда имеются отдельные особи, более устойчивые, чем другие, по отношению к определенным пестицидам. Доля резистентных организмов в составе популяции составляет примерно 10^-9 [23]. Они не выделяются среди основной массы по другим признакам и внешне незаметны. Но при применении пестицидов, особенно в благоприятных условиях, получают преимущественное развитие. Так возникает новая, устойчивая к ядохимикатам популяция.

Случаи возникновения резистентных популяций у сорняков сравнительно редки, но и среди них уже имеется более 40 видов с приобретенной устойчивостью к 14 гербицидам. Количество невосприимчивых к пестицидам сорных растений и вредителей продолжает увеличиваться [259, 494].

Для предотвращения возникновения резистентности пытались создавать пестициды, имеющие высокую избирательность, но оказалось, что это не решает проблемы. Более того, при использовании таких препаратов невосприимчивость у вредителей и сорняков может формироваться даже быстрее, чем обычно. Другим способом замедления появления резистентных популяций является чередование препаратов [510, 374, 194]. Но и этот способ не лишен недостатков, так как для его реализации необходим большой набор разнообразных препаратов, создание которых требует колоссальных затрат (табл. 28). Их размер постоянно увеличивается. В 1987 г. расходы на создание нового пестицида в США достигли 50 млн. долл.

Западногерманской фирмой "Байер" для создания и выпуска на международный рынок одного препарата в 1950—1954 гг. требовалось 4— 5 лет при сумме затрат 3 млн. марок. В настоящее время срок возрос до 8—10 лет, а стоимость — до 150—190 млн. марок. Обычно из 10 тыс. полученных соединений только одно выдерживает предъявляемые к ним требования [429].

Казалось бы, интенсивное применение ядохимикатов должно полностью исключить потери сельскохозяйственных культур от вредителей, болезней и сорняков. Однако они не только не сократились, а даже увеличились (табл. 29).

Одной из причин сохранения потерь сельскохозяйственной продукции является то, что, уничтожая в агрофитоценозах вредных насекомых, фитопатогенную микрофлору и сорняки, мы создаем условия для размножения других видов организмов, которые ранее не причиняли заметного вреда. Но при освобождении экологической ниши их численность существенно возрастает. Так, многократная обработка садов инсектицидами против яблонной плодожорки ведет к массовому размножению плодовых клещей и листоверток [76]. Внедрение интенсивных технологий выращивания сельскохозяйственных культур, предполагающих применение пестицидов, вызывает появление "малых болезней". Поражение растений этими болезнями до недавнего времени отмечалось редко и существенно не отражалось на урожайности. Однако в настоящий период их вредоносность и встречаемость заметно увеличились. К "малым болезням" относят септориоз, церкоспореллез и ризоктониоз зерновых культур [485]. Появление неспецифических заболеваний связывают с переходом некоторых форм бактерий от сапротрофного питания к паразитическому [441].

Восприимчивость зерновых культур к заболеваниям может повышаться и в результате использования регуляторов роста. В одном из опытов развитие септориоза на контрольных вариантах было на уровне 27,1 и 40,4%, а при обработке туром достигало, соответственно, 42,6 и 50,6% [574].

Аналогичные процессы возникают и при уничтожении сорных растений. При систематическом использовании атразина, симазина и пропазина наблюдалось исчезновение двудольных широколистных сорняков, но вместо них распространились однолетние из семейства злаковых — росичка и гречка пальчатая [516].

Ядохимикаты, используемые в сельском хозяйстве, следует рассматривать и как фактор, нарушающий экологические связи между живыми организмами, использующими химические вещества в качестве средства сигнальной информация. Известно, что в коммуникации организмов большое значение имеют ферромоны. Эти соединения, выделяемые насекомыми даже в небольших количествах, оказывают влияние на поведение особей родственного или иного вида. Пестициды или их остатки, попадающие в организм насекомых, после ряда метаболических превращений могут включаться в состав ферромонов и тем самым изменять их свойства. В результате расстраиваются взаимоотношения между организмами, входящими в экосистему. Нарушение химического общения возможно и вследствие утраты хеморецепторами обонятельного восприятия после воздействия на них ядохимикатов [1, 165].

В агрофитоценозах наряду с вредителями обитает большое количество самых разнообразных насекомых. Среди них имеются как полезные виды (хищники, паразиты), оказывающие прямое или косвенное воздействие на численность вредных видов, так и нейтральные. Присутствие последних в агрофитоценозах необходимо с точки зрения придания им экологической устойчивости. Ядохимикаты существенным образом меняют состав энтомофауны. Практически всегда они отрицательно влияют на численность как полезных, так и нейтральных насекомых. После использования метафоса против яблонной и персиковой тли гибнет 24,2—18,4% жуков двухточечной коровки, а в результате внесения в почву гранулированного ГХЦГ численность жужелиц и стафиллинид снижается на 54,0—66,7% [12, 42]. При использовании инсектицидов на посевах пшеницы они снижали присутствие полезной энтомофауны на 50—80%. Это явилось одной из причин того, что численность тлей к концу вегетационного периода на варианте с применением ядохимикатов была в 2,5—19,4 раза больше, чем на контроле [146]. Большинство исследователей, изучавших влияние ядохимикатов на энтомофауну, отмечали сокращение ее видового разнообразия, увеличение показателя доминантности. Все это свидетельствует о снижении стабильности сообщества хищников и паразитов и увеличении — вредителей.

Отрицательное воздействие на полезную энтомофауну характерно и для пестицидов нового поколения — пиретроидов. Клещи семейства Phytoseiidae, которые в естественных фитоценозах контролируют численность паутинных клещей, оказались к ним более чувствительными, чем их жертвы. Кроме того, препараты из группы пиретроидов часто оказывают стимулирующее действие на размножение никоторых насекомых [474].

Уменьшение численности и видового разнообразия хищных и паразитных насекомых, являющихся естественными врагами фитофагов, для любых растительных сообществ, и особенно искусственных, следует расценивать с отрицательной стороны. Например, за каждые сутки взрослая личинка журчалки уничтожает 200, а жук божьей коровки 100 и более тлей [42]. После применения же на посевах озимой пшеницы аминной соли 2,4-Д в дозе 0,8 кг/га зараженность яйцекладок вредной черепашки теленомусами и клопов мухами–фузиями снижалась в 1,4—2 раза, а паразитированность гусениц моли в садах, обрабатываемых пестицидами, уменьшилась на 20% по сравнению с необрабатываемыми [437, 306].

Кроме прямого токсического, пестициды могут оказывать и отпугивающее воздействие на насекомых. В целом, в опытах с базудином заселенность ими фитоценоза составляла только 9% от контроля [12, 42]. Для восстановления численности полезных насекомых на полях и плантациях, обработанных ядохимикатами, требуется определенное время, причем первоначально должно произойти размножение фитофагов. Значит, каждая обработка фитоценозов способствует очаговому массовому размножению вредителей и обусловливает необходимость повторного использования средств защиты растений. Так создается своеобразный замкнутый круг.

Очень часто в качестве объекта для изучения воздействия ядохимикатов на энтомофауну используется медоносная пчела. Привлечение внимания к этому виду обусловлено его ролью в экосистемах, а также большим хозяйственным значением. Пчелы важнейший, а для некоторых растений — единственный опылитель. С их участием происходит оплодотворение 90% всех энтомофильных растений. Пчелы обеспечивают прибавку урожая сельскохозяйственных культур, стоимость которой в 10—20 раз больше стоимости продуктов пчеловодства [351]. Многие пестициды, и в том числе пиретроиды, опасны для пчел. Если они и не вызывают их гибели, то оказывают репеллентное действие, что затрудняет опыление растений в фитоценозах [210].

Одним из свойств пестицидов, определяющих их опасность, является способность к накоплению в тканях живых организмов. Это происходит или вследствие отсутствия в биологических системах целенаправленного механизма детоксикации ксенобиотиков, или в результате несоответствия скорости их поступления из окружающей среды и последующего разрушения. Но поскольку все живые организмы включены в пищевые цепи, то при появлении пестицидов в первых звеньях они обнаруживаются и в последних. Как правило, на каждом последующем уровне концентрация химических веществ увеличивается в 10 раз. Примером могут служить данные, полученные при изучении миграции ДДТ в экологических системах дельты Дуная (табл. 30).

Аналогичные данные получены при наблюдении за накоплением пестицидов в почвенных животных. В качестве объекта были использованы дождевые черви. В почве, в которой они обитали, содержалось 0,001—0,030 мг/кг ДДТ и 0,01—0,015 мг/кг ГХЦГ, что значительно ниже принятых для этой среды ПДК (0,1 мг/кг для обоих соединений). В конце эксперимента дождевые черви в результате аккумуляции в их организме ядохимикатов содержали до 8,0 мг/кг ДдТ и до 2,0 мг/кг ГХЦГ [96].

Следовательно, даже при очень малых концентрациях ксенобиотики могут оказывать отрицательное влияние, вплоть до летального исхода, на организмы, замыкающие трофические цепи или стоящие несколькими звеньями ниже, но более чувствительные к их действию. Поэтому мишенью рассеянных в биосфере пестицидов может служить и человек.

Экологическая оценка действия средств защиты растений на окружающую среду показывает, что в районах их применения происходит изменение численности и видового состава птиц. В сельскохозяйственном ландшафте они очень часто переходят из лесных массивов на поля, где в качестве корма используют, главным образом, различных насекомых. При обработке посевов инсектицидами или гербицидами пернатые склевывают погибших насекомых, и это может явиться одной из причин их отравления. Затем следует период, в течение которого птицы и особенно молодняк испытывают резкий недостаток корма, так как численность насекомых после применения пестицидов резко снижается [140, 653].

Инсектициды, а также минеральные удобрения могут попадать и непосредственно в организм птиц. Как известно, они нуждаются в мелких камушках, которые играют определенную роль в перерабатывании пищи, но вместо них пернатые могут заглатывать гранулированные инсектициды и минеральные удобрения, оказавшиеся на поверхности почвы. В отдельных случаях содержание ядохимикатов в организме птиц было настолько высоким, что их мясо становилось непригодным для употребления в пищу [559].

Отравление птиц пестицидами ведет к уменьшению количества яиц в кладке, отказу от высиживания, повышению смертности зародышей и птенцов [598, 502, 624, 621]. Специфичность действия хлорорганических препаратов (ДДТ) заключается в нарушении кальциевого обмена, в результате чего происходит истончение скорлупы яиц. Она становится непрочной, и поэтому часть яиц разбивается при высиживании. Наличие в рационах виргагаских перепелок микродоз дилдрина в два раза снижает число правильных ответных реакций на зрительные сигналы [118].

Вредное влияние пестицидов отмечается и в последующих поколениях. Например, утята от родителей, которые получали с кормом ДДЭ в количестве, соответствующем реальному уровню загрязнения, хуже реагируют на зов матери. Такое поведение повышает вероятность их гибели в опасных ситуациях. Некоторые специалисты считают, что смерть птиц может наступать не в результате острого отравления пестицидами, а от истощения, возникающего вследствие нарушения пищевых рефлексов [118]. На территории ФРГ использование ядохимикатов стало причиной уничтожения 13% видов птиц, занесенных в Красную книгу [40,1].

Пестициды представляют опасность для диких млекопитающих и других групп животных. Они являются причиной 39% всех случаев отравлений [559]. Чаще всего сообщается о их вредном влиянии на зайцев. В Литве, где интенсивно применяются средства защиты растений, в тканях зайцев содержание меди было в 1,5—2,0 раза выше, чем обычно [287]. Многолетнее применение пестицидов явилось причиной увеличения более чем в два раза, по сравнению с заповедными территориями, уровня мутаций в клетках костного мозга земноводных [324].

Ранее было показано, что применение пестицидов ведет к их появлению в грунтовых и поверхностных водах. Это, в свою очередь, оказывает воздействие на экосистемы водоемов. В литературных источниках очень часто сообщается о влиянии ядохимикатов на Daphnia manga. Концентрация прометрина в среде обитания рачков на уровне 1 мг/л вызывает увеличение процента уродств вплоть до третьего поколения [461]. Гербицид ялан после применения в рекомендованных дозах на посевах риса уменьшал численность и видовой состав этих ракообразных. До 83,3% увеличивалось число самок с пустыми выводковыми камерами, число яиц у самок снижалось до 5—6 при норме 10—30 штук. Отмеченные закономерности наблюдались и в лабораторных опытах при концентрации гербицида 0,003—0,02 мг/л. Ялан проявляет свои токсические свойства и по отношению к рыбам (язь, плотва, карп). У них снижаются темпы роста, наблюдаются различные нарушения в функционировании нервной системы и внутренних органов [443].

Пребывание пиявок в растворе хлорофоса, метафоса и гексахлорана на уровне ПДК (соответственно 0,05, 0,05 и 0,02 мг/л) вызывает снижение плодовитости. Указанные пестициды в концентрациях ниже ПДК повреждают хромосомный аппарат хиромонид. Комбинирование ядохимикатов увеличивает их токсичность. Олигохеты, находящиеся в растворе хлорофоса и гексахлорана, погибали при концентрациях в 100 раз меньших, чем при раздельном их действии [51].

Загрязнение окружающей среды отражается на локомоторной активности гидробионтов, которая, как оказалось, является более чувствительным показателем действия пестицидов на организм животных, чем смертность. При изучении внутривидовых взаимодействий беспозвоночных в водной среде, содержащей 0,002 мг/л ГХЦГ, происходило уменьшение частоты спаривания, по сравнению с контролем, на 55— 73%, а метилпаратион и хлордан в концентрации 0,003 и 0,002 мг/л изменяли иерархическое положение особей в группе. Метафос, присутствующий в воде, изменяет строительное поведение ручейника и снижает способность креветок спасаться от хищных рыб [557].

Определенную экологическую опасность пестициды представляют и в связи с тем, что они могут изменять предпочитаемый животными организмами температурный оптимум. В опытах с атлантическим лососем наблюдали снижение на 3—5 °C избираемых температур при суточном воздействии даже очень низких концентраций ДДТ (0,005—0,01 мг/л). По предположениям, это происходит в результате повреждающего действия ядохимикатов на центральную нервную систему. Нарушения поведения водных беспочвенных наблюдали при ничтожном присутствии пестицидов в окружающей среде. Так, концентрация хлорофоса в воде на уровне 0,0005 мг/л вызывала изменение соотношения между покоем, плаванием и ползанием у медицинских пиявок [557]. Очень сложно предположить, как подобная перемена в поведении отразится на состоянии водных экосистем, но несомненно то, что это не останется без каких–либо последствий.

Для водных экосистем очень опасны пиретроиды, которые считаются безопасными для млекопитающих. Обычно значения ЛД₅₀ для рыб примерно в 10—100 раз меньше, чем для млекопитающих и птиц.

Продукты, образующиеся в результате превращений пестицидов в водоемах, также могут представлять опасность. Например, фотохимическая трансформация в воде 2,4-Д в присутствии гуминовых кислот ведет к образованию 2,4-дихлорфенола, ПДК для которого на три порядка ниже, чем для исходного соединения [83]. Под воздействием ядохимикатов изменяется видовой состав микрофлоры водоемов. Аминная соль 2,4-Д и симазин в концентрации, соответственно, 0,02 и 0,1 мг/л оказывают стимулирующее действие на патогенные и угнетающее на сапрофитные микроорганизмы, участвующие в самоочищении воды [231, 231]. Изменение состава микрофлоры может быть причиной возникновения у обитателей водоемов различных болезней. В присутствии ядохимикатов вероятность заболевания увеличивается. Это наблюдали в опытах с рыбами. Причиной роста заболеваемости является прямое токсическое действие ядохимикатов и ослабление защитных иммунологических процессов, то есть снижение сопротивляемости организма к инфекции [557].

Приведенные факты, свидетельствующие об отрицательном действии пестицидов на живые организмы и экосистемы, освещаются в специальных информационных источниках. Но из поля зрения авторов, уделяющих внимание этому вопросу, ускользает очень важный момент, а именно: влияние пестицидов на микроорганизмы, обитающие на поверхности листовых пластинок и стеблей. В настоящее время установлено, что они играют существенную роль в жизни растений. Микрофлору надземной части растений называют эпифитной. В эту группу микроорганизмов входят аммонификаторы, молочнокислые бактерии, дрожжи и плесневые грибы. Основным источником питания, а следовательно, и фактором, определяющим преимущественное развитие тех или иных эпифитов, являются различные соединения, выделяемые поверхностными тканями растений [108]. Экологическая роль подобного рода микроорганизмов заключается в том, что они в обычных условиях не проникают в ткани листьев и стеблей, то есть не наносят им никакого вреда. Некоторые из представителей эпифитной микрофлоры, попадая с семенами в почву, заселяют корни растений и участвуют в процессах азотфиксации [469]. Но особенно важна их способность сдерживать развитие на поверхности растений фитопатогенных микроорганизмов [162]. Поэтому очень важно знать, как влияют пестициды на состав эпифитной микрофлоры и не изменяется ли в связи с этим устойчивость растений к различным болезням? Ранее нами уже отмечалось, что при интенсивном применении ядохимикатов сельскохозяйственные культуры поражаются "малыми болезнями". Не является ли это следствием отрицательного влияния пестицидов на эпифитные микроорганизмы или стимулирующего действия средств защиты растений на патогены, о чем сообщается в ряде работ [296]?

Таким образом, на основании вышеизложенного можно сделать заключение, что повсеместное использование в земледелии ядохимикатов является причиной загрязнения почв, гидросферы и продуктов питания. Это создает прямую угрозу для человека и сельскохозяйственных животных. Ядохимикаты оказывают очень большое влияние на свойства растений. В худшую сторону изменяется их биохимический состав. Происходят изменения и на генетическом уровне. В результате ускоряется потеря сортовых свойств.

Чрезвычайно опасны ядохимикаты для агроэкосистем. Даже в небольших концентрациях они оказывают неблагоприятное воздействие на живые организмы, обладающие повышенной чувствительностью к ксенобиотикам. Исчезновение из экосистем отдельных видов в результате применения ядохимикатов значительно снижает устойчивость сообществ. Они переходят на другой, более низкий уровень. Для агроэко систем это равнозначно постепенной деградации и падению продуктивности.

Несмотря на постоянно увеличивающиеся объемы применения пестицидов, потери от вредителей, болезней и сорняков не уменьшились, а сохранились на уровне 25—45% от величины получаемых урожаев. Если использование средств защиты растений и позволяет сохранить какую–то часть урожая, то они же одновременно наносят не меньший, а, по мнению некоторых специалистов, даже больший урон.