Введение. 2
Понятие пестицидов и их роль в борьбе с вредителями сельскохозяйственных растений. 4
Роль пестицидов в загрязнении почв. 11
Биотическое и абиотическое разложение пестицидов. 13
Альтернативные методы борьбы с вредителями. 15
Заключение. 18
Список использованой литературы.. 19
Введение.
Защита растений от вредителей и болезней представляет огромный резерв повышения урожайности сельскохозяйственных культур. По данным ФАО, только вредные насекомые уничтожают не менее 30% урожая в мире.
Широко развернувшаяся во второй половине 20-го столетия борьба с вредными организмами, путем использования синтетических пестицидов, привела к насыщению биосферы токсичными веществами для человека, сельскохозяйственных животных, полезной фауны и флоры.
В районах регулярного применения ядохимикатов все активнее развиваются устойчивые к химическим пестицидам популяции вредных насекомых и возбудителей заболеваний, а также наблюдается массовое размножение видов, раннее не представлявших опасности. В связи с непрерывным ростом стоимости научных исследований и производства пестицидов, а также необходимостью увеличения норм и кратности их применения для преодоления устойчивости вредных организмов к ядохимикатам, эффективность защиты растений непрерывно снижается. Современные ядохимикаты имеют укороченный срок воздействия на среду и существенно более эффективны по сравнению со своими предшественниками – следовательно, и применяются они гораздо более точечно и в заметно меньших количествах. Современная наука разработала такие варианты пестицидов, которые позволяют выжить другим видам насекомых, убивая исключительно конкретные виды вредителей. Новым путем повышения урожайности есть использования биопрепаратов на основе микроорганизмов, которые есть природными врагами вредителей растений. Их отличает низкая токсичность, высокая избирательность действия и низкая стоимость. Также в последнее время широко стали использовать генетически модифицированные растения, которые могут в своих клетках синтезировать вредные для вредителей вещества. Как пример можно вспомнить выведенный корпорацией «Монсанто» генетически модифицированный картофель, устойчивые к колорадскому жуку.
Понятие пестицидов и их роль в борьбе с вредителями сельскохозяйственных растений.
Пестициды (от лат. pestis - яд и caedo - убиваю), химические средства, используемые для борьбы с вредителями и болезнями растений, сорняками, вредителями зерна и зернопродуктов, древесины, изделий из хлопка, шерсти, кожи, с эктопаразитами домашних животных, а также с переносчиками опасных заболеваний человека и животных. В группу пестицидов включают также дефолианты и десиканты, облегчающие механизированную уборку урожая некоторых культур, регуляторы роста растений (ауксины, гиббереллины, ретарданты), добавки к краскам против обрастания морских судов ракушками.
Пестициды относятся к различным классам органических и неорганических соединений. Большинство представляет собой органические вещества, получаемые синтетическим путём. Среди них важное место принадлежит хлорорганические и фосфорорганические пестицидам, производным карбаминовой кислоты, пестицидам растительного происхождения, триазинам, производным мочевины. Из неорганических веществ важны соединения меди, серы и др. Пестициды – основа химического метода защиты растений, являющегося пока самым эффективным в борьбе с вредителями, болезнями и сорняками; способствуют значительному сокращению потерь в сельском и лесном хозяйстве, деревообрабатывающей промышленности. Затраты на их применение окупаются в 5-12 раз.
Пестициды делят на следующие основные классы (в зависимости от того, против каких вредных организмов используют): акарициды – вещества для борьбы с клещами; антифидинги – вещества, отпугивающие насекомых от растений, которыми они питаются; инсектициды – средства, уничтожающие вредных насекомых; гербициды – препараты для борьбы с нежелательной растительностью; зооциды – яды, уничтожающие вредных позвоночных (вещества для борьбы с грызунами называются родентицидами, а только с крысами — ратицидами); бактерициды, вирусоциды, фунгициды – средства для борьбы с возбудителями бактериальных, вирусных и грибных болезней растений; нематоциды – препараты, убивающие круглых червей – возбудителей нематодных болезней растений; моллюскоциды – вещества, уничтожающие вредных моллюсков (яды для борьбы с голыми слизнями называются лимацидами). К пестицидам также относят протравители семян, репелленты, средства отпугивающие вредных насекомых, клещей, млекопитающих и птиц, аттрактанты – вещества для привлечения членистоногих с тем, чтобы их затем уничтожить или выявить локализацию или начало лета вредителей, хемостерилизаторы – препараты, которые не убивают насекомых, грызунов, клещей, но вызывают у них бесплодие.
Используемые в данное время пестициды имеют, как правило, комплексное действие. Например, протравители семян содержат одновременно фунгицид, бактерицид, инсектицид и т.д. Использование таких пестицидов позволяет сократить затраты труда на обработку. В некоторых случаях пестициды объединяют в группы в зависимости от фазы развития вредного организма, против которого они применяются. Например, овициды — яды, убивающие яйца насекомых, клещей, ларвициды — уничтожающие личинок и т.д.
По способу проникновения в организм вредителей различают кишечные пестициды, проникающие через ротовые органы и кишечник, контактные – при контакте ядов с поверхностью тела вредителей, то есть через кожные покровы, фумигантные, попадающие в организм в парообразном или газообразном состоянии через дыхательные пути, и системные, легко проникающие в ткани растений или животных и поражающие вредителей, питающихся соком растений или животных. В зависимости от скорости разложения в почве пестициды разделяют на шесть групп; с периодом распада более 18 месяцев (хлорорганические препараты, соединения селена), около 18 (триазиновые гербициды, пиклорам, диурон и некоторые др.), около 12 (производные галоидбензойных кислот и некоторые амиды кислот), до 6 (нитрилы кислот, производные арилоксиуксусных кислот, трефлан и его аналоги, нитрофенолы и др.), до 3 (производные арилкарбаминовых, алкилкарбаминовых кислот, некоторые производные мочевины и гетероциклические соединения), менее 3 месяцев (органические соединения фосфора и др.). В сельском хозяйстве предпочтительней использовать вещества, разлагающиеся за вегетационный период, на аэродромах и в борьбе с зарастанием дорог — с большей продолжительностью действия.
По токсичности для человека и теплокровных животных пестициды разделяют на 4 группы:
· сильнодействующие,
· высокотоксичные,
· Среднетоксичные
· малотоксичные.
ЛД50 (наименьшая доза вещества, вызывающая смертность 50% подопытных животных) для пестицидов этих групп равна соответственно до 50, 50-200, 200-1000 и свыше 1000 мг/кг. Такое деление носит условный характер, так как токсичность пестицидов для человека и животных зависит не только от абсолютного значения смертельных доз препаратов, но и его свойств: возможности отдалённых последствий влияния пестицидов при систематическом воздействии на организм (пимером служит дефолиант Оранж, который имеет значительное генетическое влияние); способности его накапливаться в организме и окружающей среде; стойкости во внешней среде; бластомогенных свойств (способность вызывать опухоли), мутагенных (влияющих на наследственность), эмбриотоксичных (влияющих на развитие плода), тератогенных (вызывающих уродства), аллергенных (обусловливающих извращённую повышенную чувствительность организма к пестицидам) и т.п.
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.
Механизм действия различных классов Пестициды весьма различен и изучен ещё недостаточно. Например, органические соединения фосфора и эфиры алкилкарбаминовых кислот ингибируют фермент холинэстеразу членистоногих, производные тиомочевины блокируют окислительно-восстановительные процессы в организме насекомых. В зависимости от свойств пестицида и его назначения для обработки одного гектара требуется 0,2–40 кг (чаще 0,5-2 кг) пестицида в пересчёте на активное вещество. Чтобы равномерно распределить такое небольшое количество вещества по обрабатываемой площади, их применяют в соответствующей препаративной форме. В препаративную форму, кроме самого пестицида, входят вспомогательные вещества, разбавители и эмульгаторы. Наиболее часто их используют в виде: 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.
При завышенных, по сравнению с официально рекомендуемыми, дозах или концентрациях пестицидов, несоответствующих способах и сроках их применения, без учёта погодных условий они могут вызывают ожог растений, снижение жизнеспособности пыльцы, гибель пестиков и значительно снижают урожай. Растения могут загрязняться пестицидами, приобретать неприятный запах и вкус (например, при использовании гексахлорана), а также накапливать пестициды на поверхности в виде ядовитых остатков, опасных для человека и животных. При систематическом применении их нередко возникает приобретённая устойчивость вредных организмов к пестицидам. Чтобы избежать выведения устойчивых рас вредителей к определённым пестицидам, необходимо иметь широкий ассортимент препаратов одного назначения и проводить плановое чередование их использования. Также для обработки полей используют смеси различных пестицидов, что не позволяет вырабатываться иммунитету у вредителей.
Влияние пестицидов на биоценозы сложно и многообразно. Оно не полностью выяснено и на данное время. Особенно значительные нарушения биоценозов отмечаются при систематическом применении стойких высокотоксичных пестицидов (главным образом инсектицидов, акарицидов). Из-за уничтожения пестицидами паразитических и хищных членистоногих нередко наблюдается массовое размножение других вредных видов насекомых и клещей. Например, массовое размножение красного плодового клеща при обработке плодовых ДДТ, отмеченное в ряде стран, в том числе и в СССР, объясняют гибелью хищных клещей тифлодромид, а кровяной тли (после применения этого же препарата) – уничтожением паразита тли – афелинуса.
Нередко можно наблюдать при неправильном использовании пестицидов отрицательное действие их на человека, а также на пчёл, шмелей и других насекомых – опылителей, на рыб (при попадании в водоёмы), птиц, диких зверей, домашних животных, а также на природу в целом. Для предупреждения возможного вредного влияния пестициды на человека и животный мир необходимо при их применении учитывать действие не только на определённого вредителя, но и на биогеоценозы и предвидеть конечные результаты проводимых мероприятий. Важно строго соблюдать контроль за остаточными количествами пестицидов в пищевых продуктах, правила по хранению, транспортировке и применению.
Применение пестицидов регламентируется во всех странах соответствующими законами, целью этого служит недопущение к обороту высокотоксичных, опасных для человека препаратов, которые недостаточно эффективны и неприемлемы по гигиене труда и гигиене питания. В связи с большим значением пестицидов для народного хозяйства их производство непрерывно возрастает. Мировое производство пестицидов составляет около 2000 тыс. т. Уменьшение масштабов применения пестицидов, учитывая побочные эффекты от их использования, возможно по мере их замены биологическими средствами.
Большинство пестицидов поступает в организм человека через органы дыхания, кожу, желудочно-кишечный тракт. Особенно опасны отравления пестицидами пр
Роль пестицидов в загрязнении почв.
Сразу же после внедрения органических средств борьбы с сельскохозяйственными вредителями (пестицидов) последние стали попадать в почву. Это было отмечено еще в начале 1940-х гг., когда первый пестицид ДДТ был с успехом применен для уничтожения малярийного комара (анофелеса). В первое время проникновению пестицидов в почву не придавалось особого значения, однако позднее стали разрабатываться методы обнаружения распада пестицидов в почве, их адсорбцию в почвах. При изучении распада этих веществ прежде всего оценивалась скорость распада вещества и время необходимое для полного распада. Необходимо изучать также дальнейшее поведение продуктов распада в почве в их токсичность. Подлежит изучению и адсорбция пестицидов в почве, для чего часто используют метод средних проб двух образцов почв и осадков. Пестициды накапливаются в почве в результате диффузии в кристаллические решетки минералов (глин), при отложения их в гумусах при их проникновении в полости частиц гумуса. Исследования по выяснению превращения пестицидов в почвах и их взаимодействия с другими веществами систематически не проводились.
Трудность установления длительности пребывания пестицидов в почве усугубляется еще и тем, что наряду с известными путями проникновения пестицидов в почву имеются и такие источники, как дожди и туманы, которые мало изучены и плохо поддаются контролю. В США, например, в 1 литре дождевой воды было обнаружено 11 различных пестицидов в концентрациях порядка микрограммов. При этом кратковременные дожди несут больше загрязний, чем длительные, а концентрация некоторых пестицидов в дождевой воде оказывается больше, чем в свое время для ДДТ. В тумане концентрация пестицидов превосходит в 50-3000 раз концентрацию их в газовой фазе. Особенно интенсивно извлечение пестицидов из туманов протекает над лесами, после чего устойчивость пестицидов длительное время нарушает экологическую систему лесов и прилегающих пространств.
О поведении большинства пестицидов в почве существуют только общие предположения (3, ст. 144-147). В отдельных случаях имеются и более полные сведения, известно, что хлорсодержащие соединения, особенно в анаэробных условиях, отщепляют атомы хлора при замещения их группами -ОН. При этом биологическая активность вещества значительно снижается. В аэробных условиях хлорсодержащие углеводороды обладают исключительной устойчивостью. В анаэробных условиях группы N02
восстанавливаются до NН2
. Легко гидролизируются сложные эфиры фосфорной кислоты и метилкарбаматы.
Устойчивость отдельных представителей важнейших классов пестицидов в почвах может быть схематически охарактеризована следующим рядом уменьшения устойчивости: хлорсодержащие углеводороды - от 2 до 5 лет; производные мочевины, S-триазины - от 2 до 18 мес; карбаматы, сложные эфиры фосфорной кислоты - от 2 до 12 недель.
При определении пестицидов в почве возникают трудности, связанные с возможностью их взаимодействия с органическими комповдпаии почвы, особенно сложно определение ароматических аминов н фенолов, которые могут ковалентно связываться с гумином. Таким образом, пестициды могут сохраняться до разрушения самих гуминовых веществ. Биологическая активность пестицида при этом может вновь восстановиться.
Биотическое и абиотическое разложение пестицидов.
Попавшие в природную среду пестициды могут разрушаться как абиотическим, так и биотическим путем. В первом случае превращение осуществляется за счет фотохимических реакций, окислительно-восстановительных реакций и гидролиза. При биотических ( под действием ферментов) превращениях особое значение имеют реакции окисления, восстановления, гидролиза, разрыва углеродных цепей. В фотохимическом окислении особо важную роль играют реакции под действием обладающих большой энергией УФ-лучей. При поглощения веществом УФ-излучения часто происходят гомолитическое расщепление связи С-С1, которое сопровождается другими рекциями. Образующиеся при этом радикалы могут дальше взаимодействовать с галогенами, водой или другими донорами протонов, как это видно на примере ДДТ:
Эта реакция вблизи от земной поверхности протекает в незначительной степени, так как для ее осуществления требуется УФ-излучение с длиной волны больше 290 нм, а интенсивность этих лучей около поверхности Земли крайне невелика. При взаимодействии пестицидов, содержащих в своем составе ароматические компоненты, с соответствующими твердыми веществами, область поглощения УФ-лучей смещается в длинноволновую область (батохромный сдвиг), что обеспечивает достаточную интенсивность околоземного длинноволнового излучения.
Среди окислительно – восстановительных реакций большую роль играют реакции окисления, поскольку они катализуются ионами тяжелых металлов.
Биотические процессы распада протекают значительно быстрее, чем абиотические. Скорость распада зависит от концентрации ферментов, и от количества микроорганизмов, подлежащих обработке соответствующим пестицидом, как правило, процессы метаболизма в организмах теплокровных животных осуществляются быстрее, чем в организмах, не имеющих собственной системы терморегуляции. Большую роль в разрушении загрязняющих веществ имеют процессы окисления. Катализаторами этих процессов служат специфические смеси ферментов – оксигеназ и дегидроксигеназ. Возможно окисление спиртов в альдегиды и альдегидов в карбоновые кислоты. При окислении двойной связи —С = С— образуются эпоксиды. При гидролизе ароматических соединений возможно перемещение заместителей в ядре, как например, у 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты (2,4-Д):
Среди реакций восстановления можно назвать превращение кетонов во вторичные спирты и нитросоединений в амины.
Среди процессов биотического распада особое значение имеют реакции окисления и восстановления, ведущие к образованию соединения с повышенной растворимостью в воде, например, соединения с гидроксильнымн группами. Эти метаболиты легко выводятся из многоклеточных организмов, в том числе н человека через специальные органы и выходят из обмена веществ организма. Таким образом возможно освобождение организма от ядовитых веществ, если даже сами метаболиты остаются токсичными.
Альтернативные методы борьбы с вредителями.
Современные пестициды, как было показано выше, имеют низкую токсичность. Выборочно действуют на насекомых – паразитов, но их использование всегда будет нести риск передозировки. Кроме того у вредителей очень быстро вырабатывается резистентность к действию пестицидов. Поэтому ученые обратили свое внимание на создание нетоксичных веществ и микроорганизмов доя борьбы с вредителями. Ведь биологические препараты для защиты растений от вредителей и болезней вызывают массовую гибель вредителей, подавляют развитие фитопатогенов, экологически безопасны, их использование является альтернативой химическим средствам защиты растений.
В 80-х годах 20-го столетия широкое развитие получили исследования по разработке и применению биологических средств защиты растений, основанных на использовании комплекса биологических агентов – грибов-энтомопатогенов и антагонистов, бактериальных препаратов, акароэнтомофагов, которые в своем взаимодействии создают устойчивое биологическое равновесие в системе растение – вредный организм на экономически безопасном уровне. Были разработаны системы защиты растений:
· для защиты овощных культур закрытого грунта с преимущественным использованием полезных организмов, где химической защите отводится вспомогательная роль страхового механизма,
· для защиты сельскохозяйственных культур открытого грунта с чередованием обработок химическими и биологическими препаратами, для снижения химического пресса и устойчивости популяций вредных организмов к ядохимикатам,
· разовое внесение биологических средств защиты растений для решения конкретных задач подавления отдельных видов вредных организмов.
Биологический метод защиты растений имеет огромные перспективы развития и не имеет альтернатив в организации экологического земледелия. Как пример можно рассмотреть препарат "Колорадо" – биологический инсектицид для борьбы с колорадским жуком, он был получен с помощью микробиологического синтеза на основе энтомопатогенных бактерий и состоит из бактериального вещества и наполнителей. Колорадский жук, повсеместно распространенный в европейской части России, уничтожает до 30% урожая картофеля, томатов, баклажан. Для борьбы с колорадским жуком используются, в основном, химические препараты, однако, они – не безопасны, загрязняют окружающую среду, в некоторых районах их применение запрещено по санитарным нормам, в том числе в регионах, поставляющих детское и диетическое питание, в водозаборных зонах. Препарат "Колорадо" предназначен для защиты растений от колорадского жука в период их развития. В отличии от химических препаратов "Колорадо" не влияет на развитие растений и не накапливается в растениях, разрушается в почве и не загрязняет окружающую среду, безопасен для человека и животных, рыб, птиц, пчел, полезных насекомых.
Триходермин – биологический препарат, изготавливаемый на основе грибов рода Trichoderma. Грибы этого рода подавляют развитие фитопатогенов путем прямого паразитизма, конкуренции за субстрат, выделения ферментов, антибиотиков (глиотоксин, виридин, триходермин), за счет высокой биологической активности быстро осваивают субстрат, активно разлагают органические соединения, принимают участие в процессах амонификации и нитрификации, усилении мобилизации фосфора и калия, обогащая почву подвижными питательными веществами. Биологически активные вещества, которые выделяются триходермой, стимулируют рост и развитие растений, повышают их стойкость к болезням. При применении препарата урожайность огурцов и томатов повышалась в среднем на 15-30%.
Ризоплан - экологически чистый, безвредный для человека и животных биологический препарат, действующим элементом которого являются живые клетки штамма ризосферных бактерий, которые способны эффективно подавлять развитие возбудителей бактериальных и грибковых заболеваний растений.
В процессе вегетации эти бактериальные клетки активно заселяют поверхность корней и листвы, положительно влияют на жизнедеятельность растений, препятствуют поражению их фитопатогенными бактериями и грибами.
Ризоплан показал высокую эффективность в борьбе с болезнями овощных культур и картофеля. При использовании биопрепарата путем опрыскивания вегетирующих растений урожайность томатов повышалась на 12-20%, огурцов - от 10 до 42%, капусты - на 12-14%.
Как видим использование биологических методов защиты растений имеет очень большое значение. Перспективы этих методов защиты очень велики, поскольку биопрепараты нетоксичны, избирательны в своем действии, экологически чисты и их использование более оправдано экономически.
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 использования военных самолетов, так как саранча за один день способна уничтожить растительность на огромных площадях. В 1995 году в Красноярском крае сибирским шелкопрядом было повреждено 600 тыс. га леса. Борьба с шелкопрядом велась с привлечением сил МЧС. Использование химических методов защиты от вредителей в нашей стране является основной. Но развивается и использование биопрепаратов. 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. Использование биопрепаратов и природных врагов вредителей может привести к почти полному отказу от использования химических пестицидов, что уменьшит экологическую нагрузку на окружающую среду.
Список использованной литературы
1. Лагунов А. Г. Пестициды в сельском хозяйстве. М.: Химия, 1988, 342 с.
2. Николаев Ю. Н. Защита растений. М.: Сельское хозяйство, 1991, 244 с.
3. Фелленберг Г. Загрязнение природной среды. Введение в экологическую химию. Пер. с нем. М. : Мир, 1997, 232 с.