И.С. Белюченко, О.А. Мельник
Сельскохозяйственная экология
Учебное пособие. – Краснодар: Изд-во КГАУ, 2010. - 297 с.

6. Агроландшафты и загрязнение природных комплексов

6.4. Агроландшафты и химические загрязнители

С целью борьбы с вредителями, болезнями, сорняками в сельском хозяйстве применяют разнообразные химические препараты (пестициды), группируемые по тем видам организмов, на которые они действуют, – фунгициды (уничтожают грибы), родентициды (убивают грызунов), гербициды (уничтожают растения), инсектициды (уничтожают насекомых). Ни один из химикатов не отличается полной избирательностью к конкретным организмам, включая и людей. Нередко поэтому их называют биоцидами (вещества, действующие на различные формы живых организмов). Все применяемые в настоящее время пестициды представляют собой хлорорганические (ХОС) и фосфорорганические (ФОС) соединения, оказывающие нейротропное действие на многие организмы.

Индикаторами пестицидового загрязнения служат многие виды организмов. Снижение численности дождевых червей (до 25%), а также уменьшение их массы (до 45%) отмечено при использовании различных пестицидов. Даже рабочие концентрации гербицидов обладают инсектицидным действием, приводя к уменьшению количества насекомых. Правда, иногда отмечается обратная реакция. Например, отмечена стимуляция размножения под действием 2,4-Д у тлей, а у гусениц – ускорение развития. После применения пестицидов снижается численность различных видов фитофагов, а также следующих за ними в пищевой цепи зоофагов и хищников. По уровню содержания пестицидов в тканях всех животных можно расположить в следующем порядке по возрастанию: растительноядные – всеядные – плотоядные. В наземных экосисетамах содержание ДДТ в консументах на 2–3 порядка выше, чем в абиотической среде, а в водных превышение составляет в 10–15 тысяч раз (Воронова и др.1985).

Смываемые с почвы пестициды проникают в почвенный слой соседних территорий, грунтовые воды и водоносные горизонты, залегающие глубоко. Из всех типов почв наибольшее количество ХОС накапливают почвы, содержащие большое количество гумуса (черноземы, дерновые и дуговые почвы). В грунтовых и подземных водах Украины обнаружено более 20 пестицидов, среди которых встречаются ДДТ, его метаболиты, гексахлоран, гептахлор, дилор, кельтан, 2,4-Д, симтриазин (Моложанова и др., 1990). В водоемах Краснодарского края ХОС содержатся в концентрации 0,0004–0,001 мг/л, а нередко даже 0,04 мг/л.

Площадь сельхозугодий в крае составляет 5,1 млн./га, на которые вносится около 24 тыс. т пестицидов; 10 лет назад эта цифра составляла 42 тыс. т. В рисоводстве за последние 4 года применение пестицидов сократилось с 3 до 2 тыс. т., при этом ситуация усугубляется режимом орошения, которое приводит к выносу остатков пестицидов за пределы рисовых систем и поступлению в естественные водоемы, которые обычно являются рыборазводными. Перенасыщение сельхозугодий разными видами гербицидов наносит большой урон малым рекам. В течение года практически в них уничтожаются запасы рыбы, и они становятся непригодными для орошения.

На Кубани широкое применение пестицидов (в 5 раз больше на 1 га, чем в целом по стране) привело к ухудшению здоровья населения края; смертность составляет 10,7 на 1000 населения, онкозаболеваемость – 304,4 на 100000. В рисосеющих районах края острые и хронические заболевания органов дыхания преобладают в структуре заболеваемости детей и взрослых. Вредное влияние пестицидов на организм человека выражается в изменении физиологических и биохимических процессов, обеспечивающих защитно-приспособительные функции организма.

Пестициды постепенно теряют эффективность. Поэтому для борьбы с вредителями и сорняками требуется увеличение норм их внесения, а также изготовление новых, более действенных препаратов. Как неорганические, так и органические соединения оказались в одинаковом положении – на сохранение единицы урожая требуется их все большее количество. Такое положение определяется тем, что популяции вредителей и болезней отличаются весьма  динамичным генофондом. Внесение пестицидов окатывает на них мутационное давление, способствует появлению новых, более устойчивых мутаций.

После химических обработок вредители и сорняки нередко не только возвращается, но и появляется в значительно больших количествах. Особенно это характерно для тех популяций, которые до обработок были малочисленными. Например, число видов вредителей хлопка возросло с 6 (до применения пестицидов) до 16 (в настоящее время). Так, растворы ДДТ способствуют росту численности красной щитовки, тогда как на необработанных деревьях аналогичные показатели ниже. Это объясняется нередко нарушением сложившихся пищевых цепей – в нормальных условиях рост популяции растительноядных организмов контролируется паразитирующими на них насекомыми или бактериями. Применение пестицидов влияет чаще сильнее на хищника, чем на жертву. С исчезновением хищника популяции растительноядных взрывоопасно увеличиваются. Хищники более восприимчивы к пестицидам по следующим соображениям: получают высокую норму концентрации препаратов в пищевой цепи, менее устойчивы изначально к пестицидам, могут испытывать нехватку пищи.

Применение пестицидов возрастает из–за вспышек численности вредителей. Ежегодно в мире страдает около 500000 человек, связанных с производством и применением этих токсикантов. Ученые считают, что только около 1% от общего количества пестицидов ( а их в мире ежегодно выбрасывают миллионы тонн) попадает в организм вредителей. При распылении с воздуха только около половины препаратов достигают растений, остальные оседают в водорослях и соседних экосистемах. Из пестицидов, достигших растений, только 1% поглощается вредителями. Остатки распределяются по самым разным каналам, включая и продукты питания, попадают в почву, в водоемы и т.д.

Следует заметить, что пестициды бессильны уничтожить сорняки и вредителей. Наоборот, они повышают устойчивость и вызывают вспышки их появления. Применение пестицидов представляет порочный круг, увеличивает опасность для природы и человека, повышает затраты на их применение и снижает качество продукции.

Не менее серьезная проблема – это применение гербицидов, доля которых превышает все остальные пестициды. Их воздействию подвергаются миллионы людей, и последствия пока непредсказуемы.

Применение пестицидов ведет к загрязнению грунтовых вод (это практически закрытые системы с весьма слабым оттоком, и их загрязнение может сохраняться неопределенно долго), продуктов, почвы и т.д. Проведенные в начале 80-х годов в Калифорнии исследования показали, что в грунтовых водах ряда округов обнаружено до 50 пестицидов, отдельные из которых не применяются уже свыше 10 лет.

Нестойкие пестициды способны существенно нарушить экосистему региона. Птицы, насекомые, представляющие отдельные звенья пищевой цепи, питающиеся растительной пищей (будь то лес или водоем), погибают в больших количествах. В водоемах резко увеличивается фитопланктон, в почве гибнут хищные популяции паразитов, и поэтому популяции почвенных вредителей еще сильнее увеличиваются. Кроме того, полезные насекомые (например, пчелы), как правило, менее стойкие к пестицидам, чем вредные, даже исчезают из экосистем.

Кроме того, наблюдается возрождение и вторичные вспышки насекомых при применении нестойких пестицидов: устойчивость к этим пестицидам насекомые вырабатывают также быстро, как и к стойким. И последнее, нестойкие пестициды по разному токсичны в различных условиях, в зависимости от дозы и сроков применения и т.д.

Выделяют несколько классификаций пестицидов:

– по целевому назначению,

– по составу и химическим свойствам,

– по стойкости в окружающей среде,

– по токсичности для человека и теплокровных животных,

– по степени комплексного воздействия на организм.

По целевому назначению выделяют следующие: гербициды – для борьбы с сорными растениями; инсектициды – с вредными насекомыми; фунгициды – с грибными болезнями растений и различными грибами; зооциды – с вредными позвоночными; родентициды – с грызунами; бактерициды – с бактериями и бактериальными болезнями растений; альгициды – для уничтожения водорослей и сорной растительности в водоемах; дефолианты – для удаления листьев и ботвы; десиканты – для подсушивания листьев перед уборкой; ретарданты – для торможения роста растений и повышения устойчивости стеблей к полеганию и др.

По составу и химическим свойствам: хлорорганические пестициды – галоидопроизводные полициклических и ароматических углеводородов, углеводородов алифатического ряда; фосфорорганические пестициды – сложные эфиры фосфорных кислот; карбаматы – производные карбаминовой, тио– и дитиокарбаминовои кислот; азотсодержащие пестициды – производные мочевины, гуанидина, фенола.

Такие свойства пестицидов, как способность к бионакоплению обусловлены химической структурой и физико–химическими особенностями препаратов. Так хлорорганические пестициды являются наиболее стойкими и одновременно обладающими четко выраженными кумулятивными свойствами, для которых наиболее характерно концентрирование в последующих звеньях пищевых цепей.

По устойчивости к разложению в почве пестициды делят на очень стойкие (время разложения на нетоксичные компоненты составляет свыше 2 лет), стойкие (от полугода до 2 лет), умеренно стойкие (до 6 месяцев), малостойкие (1 месяц).

Подавляющее число пестицидов относится к кумулятивным ядам, токсичное действие которых зависит от концентрации и длительности воздействия. Токсичность пестицидов выражается минимальной дозой, вызывающей смертность 50% подопытных живых организмов (ЛД 50%).

По токсичности для человека и теплокровных животных пестициды делятся на: сильнодействующие – ЛД₅₀ до 50 мг/кг живой массы (бромистый метил и др.), высокотоксичные – ЛД₅₀ до 200 мг/кг (базудин), среднетоксичные – ЛД₅₀ до 1000 мг/кг (медный купорос и др.), малотоксичные – ЛД₅₀ более 1000 мг/кг (бордоская жидкость, витавакс, диален, неорон, сера и др.).

Совокупность опасных свойств пестицидов (степень летучести, кумуляция, стойкость во внешней среде, возможность проявления отдаленных последствий для биоты и человека и т. д.) выделяет их в комплексную гигиеническую классификацию, разработанную НИИ гигиены и токсикологии пестицидов. Так по степени комплексного воздействия на организм пестициды подразделяют на четыре класса: I – чрезвычайно опасные, II – высокоопасные, III – умеренно опасные, IV – малоопасные (Черников и др., 2000).

Таким образом, с одной стороны, применение пестицидов является важным фактором увеличения производства продукции. С другой же стороны, использование пестицидов привело к загрязнению, как аграрных ландшафтов, так и природных экосистем, а, следовательно, к нарушению их собственного потенциала.

Удобрения как составная часть всех технологий в агроландшафтах загрязняют питьевую воду в результате их вымывания из почвы, повышают содержание нитратов, фосфатов и других соединений в растительной пище. Например, производство нитрата аммония сопровождается загрязнением воздуха: нитратом аммония, аммиаком, азотной. Не содержащие азот удобрения почти безвредны для природы, если не учитывать содержание в них сопутствующих тяжелых металлов, кислот.

Таковы в общих чертах природоохранные проблемы агроландшафтных систем. Напряженность этих проблем в различных районах, безусловно, широко варьирует и зависит от условия технологических процессов, применения техники, химии, а самое главное – от уровня экологического направления затронутых вопросов специалистами и другими работниками.

Большинство минеральных удобрений характеризуется физиологической кислотностью, поэтому их применение в избыточных количествах обусловливает развитие процессов подкисления почв, приводит к снижению суммы поглощенных оснований, усилению процессов минерализации, органического вещества, нарушению соотношения подвижных форм макро– и микроэлементов в почве и элементного состава растений, процессов трансформации органического вещества; в составе микробного ценоза увеличивается доля микроскопических грибов (среди которых много патогенов), что грозит опасностью образования микотоксинов в почве и продуктах питания и т.д.

Удобрения также оказывают неблагоприятное влияние на компоненты сельскохозяйственных ландшафтов (загрязнение почв, поверхностных и грунтовых вод, усиление эвтрофирования водоемов, уплотнение почв; нарушение круговорота и баланса питательных веществ, ухудшение агрохимических свойств и снижение плодородия почвы; ухудшение фитосанитарного состояния посевов и развитие болезней растений, снижение продуктивности сельскохозяйственных культур и качества получаемой продукции и т. д.).

Кроме минеральных в системе удобрений важное значение имеют также органические удобрения. Действие их на растения и почву различно. Из минеральных удобрений (особенно азотных и частично калийных) питательные вещества используются растениями максимально после их внесения, а из органических – постепенно, по мере минерализации органического вещества. Поэтому при необходимости быстрого воздействия на питание растений следует вносить минеральные удобрения; органические удобрения улучшают питательный режим почвы, обогащая ее гумусом, улучшая физико–химические свойства и повышая активность почвенной микрофлоры.

Таким образом, только использование органо-минеральных компонентов в системе удобрений в сочетании с другими агротехническими и биологическими приемами создает надежную основу для воспроизводства и повышения плодородия почв, роста урожайности сельскохозяйственных культур, регулирования качества продукции и снижения отрицательного воздействия на окружающую природную среду.