Охрана окружающей среды при применении гербицидов и их детоксикация

Пестициды как биологически активные вещества часто имеют негативное влияние на окружающую среду. Непременно условием защиты окружающей среды является безукоризненное соблюдение всех регламентов по применению их - норм внесения, сроков, способов и тому подобное.

Важным аспектом в применении гербицидов является строгое соблюдение ПДК - предельно допустимых количеств препаратов в продукции, почве, воде, рабочей зоне применения препарата. Это предотвращает возможное негативное влияние на здоровье людей, работающих на обработанной территории, потребляют продукцию из зоны применения пестицидов, а также делает невозможным перенос препаратов из мест с высокой в места с меньшей концентрацией.

Значительное внимание уделяется соблюдению положений МГС - максимально допустимых уровней разрешенных препаратов не только непосредственно в продукции растениеводства, но и в продуктах питания, изготовленных из нее (мука, сахар, масло, табачные изделия, молоко, яйца и т.д.). Особо следует следить за МГС в диетических продуктах и продуктах детского питания.

Особым фактором является соблюдение "Инструкции по технике безопасности при хранении, транспортировке и применении пестицидов в сельском хозяйстве". В этой инструкции указываются правила перевозки пестицидов, конструкции составов для них, расстояния последних от населенных пунктов и животноводческих помещений, положение о защитные полосы при опрыскивании рядом с чувствительными культурами наземным и авиационным способом, ширина защитных полос, которые необходимо оставить при обработке пестицидами вдоль рек, кругом озер и прудов (от 300 м до 2 км).

Пестициды и в частности гербициды относятся к биологически активных веществ. Некоторые из них действуют не только на растения, микроорганизмы или насекомых, против которых они применяются, но и влияют на другие организмы. Кроме того, отдельные гербициды имеют выраженные фингицидни и инсектицидные свойства, многие из них влияют на фауну водохранилищ, рек, морей и океанов, на теплокровных животных, а также на человека. Это влияние может быть очень разнообразен, его негативные проявления подробно изучаются, разрабатываются меры противодействия. Гербициды, которые негативно влияют на людей, теплокровных животных и другие организмы не допускаются к применению.

Применение химических веществ для защиты растений с каждым годом увеличивается и, как следствие, наблюдается усиленная негативное воздействие на окружающую среду: загрязняются атмосфера, почвы, водные бассейны и реки; остатки химических веществ накапливаются в продуктах питания и кормах. В то же время часто создаются новые формы организмов, устойчивых к действию препаратов.

В последние годы в биоценозах увеличивается количество вредных видов растений, устойчивых к гербицидам. Это приводит к росту нормы пестицидов, загрязнения окружающей среды.

Проблема загрязнения окружающей среды гербицидами возникла из-за качества внесения препаратов. В современных способов их применения лишь незначительная их часть используется по назначению - попадает непосредственно на растения, которые необходимо уничтожить. Значительная часть химических средств увеличивает загрязненность ландшафта при обработке, а также после смывания гербицидов осадками, перенос грунтовыми водами и с растениями после их отмирания или уборки урожая.

Большое значение имеет и то, что в целом устойчивы к отдельным гербицидам растения (так называемые организмы-концентраторы) могут аккумулировать их в своих органах в более высоких концентрациях, чем они находятся в окружающей среде. Иногда относительно малотоксичны и нестойкие вещества, попадая в почву, в результате химических и биологических процессов превращаются в более устойчивые, сложные или токсичные метаболиты. Например, препараты группы 2,4-Д, которые широко применяются для химического прополки зерновых культур, середньотоксични для теплокровных животных, а в почве и растениях могут при определенных условиях превращаться в сильнотоксичные соединения. Хлороподибни фенилсечовины, фенилкарбаматы, ациланилиды, вещества средне- или малотоксичны превращаются в высокотоксичные хлоранилин. Образующиеся вещества своей активностью опережают объекты, в отношении которых применяются.

Большинство гербицидов, вносимых в почву или по вегетирующих растениях, проходит детоксикацию, то есть процесс преобразования физиологически активных соединений на неток-сични путем разложения или образования нетоксичного вещества. Процесс детоксикации происходит под влиянием физических, физико-химических и биологических факторов. К ним относятся термический и фотохимический расписание гербицидов, гидролиз и другие химические преобразования, фотолиз и другие пути метаболизма в растениях, метаболизм микроорганизмами и мезофауна почвы, катаболизм грунтовыми ферментами.

В окружающей среде происходит также процесс инактивации гербицидов, который, кроме детоксикации, охватывает и некоторые другие способы ослабления их фитотоксическому действия на обрабатываемой площади, не повреждая при этом растений в других местах или в другое время. Так, благодаря выветриванию с поверхности растений или почвы, испарение вместе с водяным паром уменьшается повреждения гербицидами в месте их внесения, но может быть вредным для чувствительных растений, которые растут недалеко, особенно при наличии ветра. Такое повреждение виноградников, плантаций подсолнечника и других чувствительных к 2,4-Д культур случалось в южных районах Украины.

К временной инактивации можно отнести также сорбцию гербицидов почвенными коллоидами. При изменении физико-химического состояния в почвенном впитывающим комплексом или изменении влажности поглощены гербициды могут снова поступать в почвенный раствор и проявлять свою фитотоксичность. Такое явление наблюдается при применении триазинов, которые медленно разлагаются, и их последействие в последующие годы сильно зависит от влажности почвы и физико-химических процессов, происходящих в нем.

Вымывание гербицидов за пределы корнеобитаемого слоя и вынесения грунтовыми водами способствует переносу их в другие места ландшафта. Если при этом параллельно не происходит процесс детоксикации, это приводит к их накоплению, увеличение, особенно в пониженных элементах рельефа и водной среде.

Применение устойчивых препаратов в больших количествах на значительных площадях, которые являются водосборными для тех или иных водных бассейнов, является причиной смывания их талыми, дождевыми и перенос грунтовыми водами. Водные бассейны (реки, озера, пруды, водохранилища, моря) является конечным пристанищем химических веществ, в частности гербицидов. Некоторые из них даже в низких концентрациях изменяют органолептические свойства воды - вкус, запах. Это может повлиять на пищевые свойства рыбы, мяса или даже стать причиной их непридадности для потребления. Одним из негативных последствий загрязнения окружающей среды является процесс биологической концентрации остатков пестицидов. Производные симметричного триазина относятся к малотоксичным соединениям, но они опасны для животных и людей через их медленное разложение и кумулятивное свойства. Под их влиянием происходят различные изменения в организме.

Гербициды вызывают острые отравления только в том случае, если явно нарушены меры безопасности, или при употреблении в пищу продуктов с повышенным количеством допущенных остатков, при соблюдении установленных сроков хранения и тому подобное. Чтобы избежать негативных последствий или свести их к минимуму, необходимо знать условия, которые способствуют детоксикации и инактивации гербицидов. Известно, что степень накопления устойчивых препаратов зависит от типа почвы, ее механического состава, влаги, температуры, активности микробиологических процессов и тому подобное.

На легких почвах вносят меньше нормы препаратов. Содержание их сравнительно быстро уменьшается. На тяжелых по механическому составу почвах приходится вносить выше нормы, поэтому расписание их происходит медленнее. Высокая температура и влажность, длительное теплый период способствуют быстрой детоксикации гербицидов. Интенсивный возделывание почвы тоже действует в этом направлении.

Преобразование гербицидов, которые попадают в почву и на его поверхность, очень разнообразны. Некоторые из них могут разлагаться под действием солнечного света (2,4-Д, треф-поле, реглон), что нужно обязательно учитывать в производственной практике. Например, трефлан сразу после внесения заделывают в почву, так как через несколько дней пребывания на поверхности он значительно теряет свои гербицидные свойства.

Потеря токсичности в связи с взаимодействием с химическими веществами почвы важно для багаьох препаратов. Так, цианамид кальция в кислых почвах разлагается с образованием токсичных соединений, которые действуют на растения, а трихлорацетат натрия, бетанал при наличии воды распадаются в почвах с щелочной реакцией. Под действием воды гидролизуется много гербицидов, в частности далапон, 2,4-Д.

Стоит учитывать и уровень токсичности некоторых гербицидов. Он может уменьшаться из-за летучести или высокую растворимость препаратов в воде. Значительная летучесть епта, ерадикану, алироксу может быть настолько весомой причиной потерь этих препаратов с верхнего слоя почвы, что эффективность их действия на сорняки резко снижается.

Снижение фитотоксичности, вызванного высокой растворимости и вымыванием в глубокие слои почвы, наблюдается при применении трихлорацитату натрия и далапона.

Однако важнейшим фактором детоксикации гербицидов является их разложения под воздействием микроорганизмов. В этом процессе, очевидно, участвуют все группы почвенных микроорганизмов: грибы, актиномицеты, бактерии, но больше всего изучено бактериальное разложение гербицидов. Установлено, что гербициды подавляют жизнедеятельность некоторых групп микроорганизмов и влияют на изменение микробного состава почвы. Однако если применяются оптимальные дозы гербицидов для уничтожения сорняков, то нарушение микробиологического режима почв незначительные и довольно быстро возвращаются к норме.

Разрушение гербицидов микроорганизмами зависит от их химического состава. Есть соединения, которые в результате совокупности причин разложения (фотохимического, химического и микробиологического) разрушаются и теряют фитотоксичность через несколько дней после внесения (глифосат, реглон). Такие препараты применяются в системе обработки почвы без переворачивания верхнего слоя или в системе беспахотной земледелия, когда зерновые высевают без обработки почвы по пласту люцерны, уничтоженной реглоном. Есть гербициды, микробиологическое разложение которых происходит очень медленно - он длится несколько лет (симазин, пропазин, диурон, тордон).

Подавляя жизнедеятельность некоторых групп микроорганизмов, гербициды влияют на изменение состава биоты почвы, однако при применении оптимальных доз гербицидов для уничтожения сорняков нарушения микробиололгичного режима почв совсем незначительные и довольно быстро возвращаются к норме.

Скорость разложения гербицидов в почве значительно зависит от способов применения их препаративных форм. Процесс детоксикации проходит быстрее, если препарат наносится на поверхность почвы в форме эмульсии. При применении гербицидов в почву этот процесс замедляется. Внесение гербицидов в форме гранул также задерживает их детоксикацию.

Значительно уменьшается количество гербицидов в почве, если вносить их на пропашных культурах ленточным способом. Этот способ широко практикуется на пропашных культурах, а в садах и на виноградниках не только позволяет экономно использовать дефицитные пока гербициды, но и уменьшает их количество в окружающей среде. Широко применяют способы локального внесения гербицидов - опрыскивание отдельных растений или их гнезд и приствольных кругов, нанесение гербицидов на сорняки с помощью постоянно смачиваемого полотна. Для многих из гербицидов детоксикация самими растениями имеет меньшее значение, чем в объектах внешней среды. Это особенно касается грунтовых гербицидов, значительная часть которых остается в почве. Потеря токсичности благодаря взаимодействию с химическими веществами почвы имеет значение для многих препаратов. Так, цианамид кальция в кислых почвах разлагается с образованием токсичных соединений, которые действуют на растения, а трихлорацитат натрия, бетанал при наличии воды распадаются в почвах с щелочной реакцией. Под действием воды гидролизуется много гербицидов, в частности далапон, 2,4-Д.

Необходимо учитывать, что уровень токсичности некоторых гербицидов может уменьшаться из-за их летучесть или высокую растворимость в воде. Значительная летучесть епта-м, трефлану объясняет большое вынесения препаратов из верхнего слоя почвы, из-за чего эффективность их действия на сорняки резко снижается. Снижение фитотоксичности, вызванное высокой растворимости и вымыванием в глубокие слои почвы, наблюдается при применении трихлорацетат натрия и далапона.

В последние годы открыто гены детоксикации химических веществ (в частности гербицидов) у растений и микроорганизмов. Изучение и манипуляция этими генами (генная инженерия) создают возможность получать улучшенные штаммы деградационного микрофлоры, а это - возможность осуществлять экологический контроль. Выведены этим методом также сорта и гибриды культурных растений, в которых появилась устойчивость к отдельным гербицидам.

Перспективы направленного микробиологического разложения гербицидов очень весомые. Препарат 2,4,5-Т сам по себе достаточно ядовит, кроме этого, содержит значительные примеси диоксина (в нашей стране не разрешен к применению). В университете штата Ил-линойс (США) выведен новый штамм бактерий, которые разлагают 2,3,5-Т до конечных продуктов - воды, углекислого газа и безвредных хлоридов. Ученые считают, что этот штамм микроорганизмов может раскладывать и другие гербициды, в частности группу фенок-сикислот.