Загрязнение почв пестицидами

Пестициды - химические средства борьбы с вредоносными или нежелательными микроорганизмами, растениями и животными. По своему назначению пестициды разделяют на:

• Зооциды — средства для борьбы с вредителями животных: ин­сектициды (с насекомыми), родентициды (с грызунами), моллюскоциды (с моллюсками), нематоциды (с нематодами), ларвициды (с ли­чинками насекомых), афициды (с растительными вшами), акарициды (с клещами), овициды (для уничтожения яиц насекомых и клещей);

• гербициды - с нежелательной растительностью;

• фунгициды - с грибами;

• бактерициды — с бактериями;

• Регуляторы роста — средства, которые стимулируют или за­держивают жизненные процессы в растении: дефолианты (для удале­ния листьев с растений), десиканты (для предуборочного подсушива-ния растений), дефлоранты (для удаления избыточного количества цве­тков);

• Аттрактанты — средства для привлечения насекомых;

• Репелленты—средства для отпугивания насекомых.

Применение пестицидов в сельском хозяйстве способствует повышению его продуктивности и снижению потерь, однако, сопряжено с возможностью попадания остаточных количеств пестицидов в продукты питания и экологической опасностью, например с накоплением пестицидов в почве, попаданием в грунтовые и поверхностные воды, нарушением естественных биоценозов, вредным влиянием на фауну и здоровье людей.

По химическому составу выделяются три основных группы пестицидов:

1. Неорганические соединения (соединения мышьяка, фтора, бария, серы, меди , а также хлораты и бораты).

2. Пестициды растительного, бактериального и грибного происхождения (пиретрины, никотин, бактериальные препараты, анабазин и антибиотики).

3. Органические соединения – наиболее обширные группы, к которой относятся пестициды высокой физиологической активности (хлорорганические, фосфорорганические соединения, производные карбаминовой кислоты, нитропроизводные фенолов).

Наиболее опасными препаратами являются пестициды, содержащие в своём составе тяжёлые металлы, особенно ртутьорганические соединения. Большая часть из них проявляют фунгицидное действие. Ртуть активно сорбируется на глинистых частицах. Гумусовые вещества восстанавливают двухвалентную ртуть до элементарной при рН>2. Гуминовые и фульвокислоты могут служить донорами метильных групп. Главная роль в метилировании ртути принадлежит микроорганизмам. В результате метилирования образуются моно- и диметилртуть. Монометилртуть легко растворима в воде и липидах и легко проникает в растения и ткани животных.

Многие пестициды токсичны для людей и теплокровных животных. По острой пероральной токсичности (измеряемой чаще всего на крысах) для пестицидов принята следующая классификация: чрезвычайно опасные - ЛД₅₀ до 15 мг/кг, высокоопасные — 15-150 мг/кг, умеренноопасные - 150-5000 мг/кг, малоопасные - более 5000 мг/кг. Для многих пестицидов определены значения ПДК в почве.

Поведение пестицидов в почвах. Накопление остаточных количеств пестицидов в почве происходит многими путями:

— в результате непосредственного внесения в почву или на нее;

— попадания на почву большого количества продуктов, предназна­ченных для обработки надземных частей растений;

— попадания на почву или в нее растительных или животных остат­ков, насыщенных остаточными количествами пестицидов;

— попадания на почву или в нее пестицидов, переносимых воздушны­ми потоками или прямым отложением пыли из атмосферы, а также с ат­мосферными осадками.

Продолжительность сохранения пестицидов в почве зависит от их химических и физических свойств, дозы, формы препарата (порошок, жидкость), типа почвы, ее влажности, температуры и физических свойств, состава почвенной микрофлоры, видового состава растений, особенностей обработки почвы.

По скорости разложения в почве пестициды можно разделить на следующие шесть групп:

1. Хлорорганические инсектициды – срок разложения более 18 месяцев.

2. Производные триазина, мочевины и тордона – около 18 месяцев.

3. Производные бензойной кислоты и амиды различных кислот – около 12 месяцев.

4. Феноксиалкилкарбоновые кислоты, нитрилы, производные толуидина – до 6 месяцев.

5. Производные карбаминовой кислоты – до 3 месяцев.

6. Фосфорорганические препараты – менее 3 месяцев.

Существуют лишь общие предположения о поведении пестицидов в почве. Достоверно известно, что хлорсодержащие соединения отщепляют хлор, замещая его гидроксилом. Нитросоединения переходят в амины. Легко гидролизуются эфиры кислот. Во всех случаях резко снижается биохимическая активность вещества.

В почве пестициды могут химически взаимодействовать или ковалентно связываться с гумусом. Таким образом, пестициды сохраняются до разрушения самих гумусовых веществ, при этом их активность восстанавливается.

Циркуляция пестицидов в почвах. Передвижение пестицидов в поч­ве происходит с почвенным раствором или одновременно с перемеще­нием коллоидных частиц, на которых они адсорбированы. Это зависит как от процессов диффузии, так и массового тока (разжижение), кото­рые представляют собой обычный способ вьмывания.

1. Молекулярная диффузия протекает по градиенту концентрации: от зоны с высокой концентрацией молекулы перемещаются к зонам с низкими концентрациями. В зависимости от летучести соединений и их растворимости диффузия может происходить в воздушной или вод­ной фазах почвы, в последнем случае скорость диффузии более низкая. На диффузию оказывают влия­ние такие факторы, как порозность, перемещение воздуха и воды, тем­пература и т. д.

2. Массовый ток пестицидов идет одновременно с миграцией воды или почвенных частиц, с которыми связаны молекулы пестицидов. Это может происходить при поверхностном стоке, а также при вымывании в глубь почвенного профиля.

При поверхностном стоке, вызываемом осадками или орошением, пестициды передвигаются в растворе или суспензии, скапливаясь в углублениях почвы. Данная форма передвижения пестицидов зависит от рельефа местности, эродированности почв, интенсивности осадков, степени покрытия почв растительностью, периода времени, прошедше­го с момента внесения пестицида.

Вымывание пестицидов по профилю почв заключается в их передви­жении вместе с циркулирующей в почве водой, что обусловлено в ос­новном физико-химическими свойствами почв, направлением движе­ния воды и ее дебита, а также процессами адсорбции и десорбции пести­цидов коллоидными частицами почвы.

Разложение пестицидов в почве. Пестициды видоизменяются или полностью разлагаются в почве в результате физико-химических процессов, микробиологического разложения, поглощения высшими растениями и почвенной фауной. Таким образом, разложение пестицидов обуславливается небиотическими и биотическими факторами и процессами.

Небиотическое разложение. Физические и химические свойства почв влияют на преобразование находящихся в ней пестицидов. Так, глины, окислы, гидроокислы и ионы металлов, а также органическое вещество почвы выполняют роль катализаторов во многих реакциях разложения пестицидов. Гидролиз пестицидов идет при участии грун­товой воды. В результате реакции со свободными радикалами гумусо­вых веществ происходит изменение составных частей почвы и молеку­лярного строения пестицидов.

Небиотическое разложение пестицидов протекает различными пу­тями.

1. Разложение при гидролизе, особенно хлорорганических инсекти­цидов, триазиновых гербицидов и т. д., на которое оказывают влияние такие факторы, как температура, влажность, рН и минеральный сос­тав глин.

2. Реакции разложения окислительно-восстановительного типа, которым подвергаются многие серосодержащие пестициды.

3. Разложение с образованием нитрозосоединений. Реакция про­текает при величине рН 3-4 при избытке нитратов, которые, как пра­вило, отсутствуют в почве. В природных условиях содержание остат­ков нитратов, способных образовывать нитросоединения, невысоко и только очень незначительная часть их может перейти в нитрозосоединения.

4. Другие типы реакции разложения пестицидов связаны с присутст­вием в почве свободных радикалов. Разложение амитрола происходит при его взаимодействии со свободными радикалами в почве.

5. Фотохимическое разложение (фотолиз) пестицидов под действи­ем солнечной радиации. Из-за слабой проникающей способности уль­трафиолетовых лучей происходит разложение только остаточных ко­личеств пестицидов, находящихся на поверхности почвы. Интенсив­ность фотохимического разложения зависит от продолжительности действия света, длины световой волны, состояния химических веществ, светочувствительности материала носителя или растворителя воздуха, рН раствора, наличия воды.

Биотическое разложение. Во многих работах подчеркивается боль­шое значение почвенных микроорганизмов в разложении пестицидов. Существует очень мало действующих веществ, не разлагающихся био­логическим путем. Продолжительность разложения пестицидов микро­организмами может колебаться от нескольких дней до нескольких ме­сяцев, а иногда и десятков лет в зависимости от специфики действую­щего вещества, видов микроорганизмов, свойств почв. Разложение действующих веществ пестицидов осуществляется бактериями, актиномицетами, грибами и высшими растениями.

Обычно разложение пестицидов, особенно растворимых, реже адсор­бированных почвенными коллоидами, происходит при участии микро­организмов. Грибы участвуют главным образом в разложении слаборастворимых и слабоадсорбируемых почвенными коллоидами гербицидов.

Действующее вещество некоторых пестицидов может служить источником азота и углерода для почвенных микроорганизмов, которые разлагают пестициды непосредственно или ферментами, выделяемыми в процессе метаболизма.

В некоторых случаях действующее вещество пестицидов очень быст­ро разлагается на промежуточные полярные продукты, например фенолы, затем они быстро диссоциируют (минерализуются). Микроорга­низмы могут разлагать также инсектициды, в частности альдрин и гептахлор, особенно в условиях благоприятной среды.

Охрана почв от загрязнения пестицидами предусматривает создание возможно менее токсичных и менее стойких соединений. Разрабатываются приемы уменьшения доз без снижения эффективности. Очень важно сокращение авиационного распыления за счет наземного, а также применение строго выборочной обработки.