ХИМИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА РАСТЕНИЙ. Химическая защита растений
 Скачать 207.65 Kb.
|
Пути преодоления устойчивостиДля борьбы с устойчивыми популяциями вредных организмов и чтобы предотвратить возникновение резистентности к пестицидам необходимо тщaтeльное соблюдение норм расхода препаратов и сроков их применения. Для предотвращения возникновения популяций с приобретённой устойчивостью применяют: чередование пестицидов с различным механизмом действия как в течении сезона, так и по годам;[2] замена применяемых препаратов токсикантами другого химического класса, чередование пестицидов разного механизма действия и спектра активности. Например, пиретроиды при установлении к ним резистентности у колорадского жука целесообразно чередовать с неоникотиноидами;[3] добавление к пестицидам синергистов – веществ, усиливающих действие препарата.[2] Однако не рекомендуется использовать смеси инсектицидов, например пиретроидов и фосфорорганических препаратов, в неполных, относительно от рекомендованных, дозах. При их неоднократном применении разовьется резистентность к каждому компоненту смесей, и сразу два препарата будут потеряны для производства. При высоких уровнях резистентности к одному из компонентов применение смеси вообще малоэффективно;[3] прекращение применения пестицидов, входящих в группу, к которой проявилась резистентность. В этом случае популяция организмов с течением времени вновь насыщается чувствительными особями и к конце концов становится нерезистентной. Данный процесс носит на звание реверсии резистентности.[3] В случае, если в популяции вредителей обнаруживается множественная резистентность и преодолеть ее можно только отказом от использования пестицидов, заменяя их другими средствами и методами борьбы (устойчивые сорта, трансгенные растения, биологический и другие) , 114 Основные задачи агрономической токсикологии. Основная задача агрономической токсикологии — создание теоретической основы для целенаправленного синтеза эффективных пестицидов и разработка экологически безопасных препаративных форм и способов их применения, исключающих негативное воздействие на человека, животных и окружающую среду. , 134 Передвижение и разложение пестицидов в почве. В почву пестициды попадают во всех случаях их использования. В дальнейшем определенная их часть разлагается на нетоксичные продукты в течение нескольких месяцев и не оставляет заметного негативного влияния, другая часть хранится годами и попадает в систему круговорота веществ в природе. Пестициды попадают в атмосферу при испарении, а затем выпадают с дождем, вымываются осадками или почвенной водой в глубокие подпочвенные слои, выносятся корнями растений на поверхность с почвенным раствором, в малых количествах поступают в продукты питания и снова в почву. Продолжительность этих процессов зависит от природных и антропогенных факторов, влияющих на распад пестицидов в почве. Биологические процессы являются основными в разложении большинства пестицидов. Биологическая активность почвы определяется ее типом, генетическим слоем, рН, содержанием органического вещества, гидротермическим режимом, условиями аэрации и тому подобное. Особенности распространения почвенных микроорганизмов связаны с географией основных типов почв. По мере продвижения с севера на юг биогенность почв возрастает. Различную микробиологическую активность почв определяет температурный режим. Скорость инактивации и разложения пестицидов зависят от типа почвы, степени его окультуренности, минерального и механического состава и др. Для окружающей среды наиболее опасны инертные и персистентные пестициды с высокой миграционной способностью. Такие препараты после проникновения в глубокие слои почвы длительное время могут сохраняться без существенных изменений. Если в почве больше воды, чем она может поглотить, она вместе с пестицидами легко проникает в подземные воды. Ливень или чрезмерное орошение могут вызвать такое явление. Большинство почвенных микроорганизмов являются активными в аэробных условиях, поэтому чаще аэрация положительно влияет на разложение пестицидов. Пестициды как биологически активные вещества не должны накапливаться в почве в концентрациях, которые негативно влияют на жизнедеятельность микроорганизмов. Поэтому применять пестициды необходимо согласно регламенту, особенно соблюдать нормы расхода препаратов, что является чрезвычайно важным для самоочищения почвы. Одним из основных факторов, способных предотвращать загрязнение почвы пестицидами, является научно обоснованное уменьшение норм расхода препаратов, кратности обработок и оптимизация их применения. Замена сплошных обработок полосовыми и краевыми, применение баковых смесей значительно уменьшают расходы препаратов на единицу площади, а следовательно — и загрязнения почвы. , 137 Поглощение и детоксикация пестицидов растениями. , 123 Понятие избирательной токсичности пестицидов и коэффициент избирательности. Избирательная токсичность (селективность) – способность вещества поражать один вид живых организмов без повреждения какого-либо другого вида, даже если оба они находятся в тесном контакте, или способность действовать на одни структуры (физиологические процессы), не затрагивая других, даже непосредственно с ними связанных Избирательно токсичное вещество может оказывать действие тремя путями: Накапливаться во вредных организмах; Взаимодействовать с клеточными структурами, которые имеются только у вредного вида; Повреждать какую-нибудь жизненно важную химическую систему для вредного вида и не иметь большого значения для полезного растения.[2] Для полезных растений, грибов, насекомых, человека и животных пестициды должны быть малотоксичны. В ряде случаев этого достичь очень трудно из-за схожей природы биохимико-физиологических процессов вредных и полезных организмов, или потому, что вредитель живет внутри защищаемого растения.[2] В данном случае избирательная токсичность может определяться особенностями применения токсического действующего вещества, морфологии и поведения организмов, а также процессами проникновения пестицида, его превращения и выведения. Данную токсичность можно частично регулировать приготовлением специальных препаративных форм (микрокапсулированные суспензии, гранулы), направленного применения пестицидов на растения Показатель селективности (ПС) или коэффициент избирательности (КИ) характеризуют, соответственно, степень выраженности селективности или избирательности. Показатель селективности определяется отношением среднетоксических доз (ЛД50): ПС = ЛД50 одного организма / ЛД50 другого организма Избирательность действия пестицида зависит от величины этого показателя. Во время разработки защитных мероприятий необходимо максимально сохранить энтомофагов, поэтому очень важно знать избирательность широко используемых пестицидов по отношению к наиболее распространенным в агроценозе энтомофагам. Для этого нужно определение отношения ЛД50 энтомофагов к ЛД50 вредителей. Чем больше это отношение превышает единицу, тем более безопасен препарат для энтомофагов.[3] Препараты считаются для энтомофагов малоопасными, если они в течение десяти дней уменьшают их численность не выше, чем на 20%, умеренно опасными - на 20 – 50 %, опасными – более, чем на 50 % на протяжении 20 дней. Причинами избирательности служат биохимические и топографические факторы. Биохимическая избирательность обусловлена способностью организмов детоксицировать действующее вещество или образовывать с ним неактивные комплексы (конъюганты) до того, как пестицид проникнет к месту действия.[3] Например: гербицид Атразин (производное симмтриазина) быстро детоксицируется после поступления из почвы в корни кукурузы. Он превращается в гидроксиформу, вследствие чего не проникает в неизменном виде в хлоропласты, где реализуется его токсичность. Только этим обусловлена устойчивость кукурузы к данному препарату;[3] гербициды - производные феноксиуксусной кислоты (2,4-Д), связываясь с белками и некоторыми другими продуктами метаболизма, подвергаются иммобилизации в устойчивых растениях. Образовавшиеся конъюганты остаются в месте нанесения пестицида и не могут достичь меристематических тканей, где проявляется их токсичность; инсектицид Малатион является малотоксичным для теплокровных, поскольку в их организме он детоксицируется, превращаясь при этом в водорастворимые продукты, которые выводятся из организма. Но в организме насекомых он окисляется, и при этом образуется продукт еще более токсичный, чем действующее вещество Карбофоса.[3] Топографическая избирательность обусловлена тем, что препарат по некоторым причинам не может проникнуть в организм или не попадает на устойчивый объект.[3] К примеру: устойчивость щитовки к инсектицидам объясняется тем, что она покрыта щитком, через который большинство препаратов не может проникнуть; древесница въедливая находится внутри одревесневших тканей, поэтому инсектициды на нее не попадают; ягодные кустарники и плодовые деревья имеют устойчивость ко многим гербицидам, потому что их корневая система залегает глубоко, куда гербициды почвенного действия не могут проникнуть Избирательная токсичность может определяться особенностями применения токсического действующего вещества, морфологии и поведения организмов, а также процессами проникновения пестицида, его превращения и выведения. Данную токсичность можно частично регулировать приготовлением специальных препаративных форм (микрокапсулированные суспензии, гранулы), направленного применения пестицидов на растения.[1] Сравнительно невысокая токсичность для человека некоторых фосфорорганических соединений (метатион, карбофос) обусловлена тем, что в организме млекопитающих эти вещества быстро разрушаются до нетоксичных веществ, а в организме насекомых этот процесс начинается с активации молекулы и идет медленнее.[1] Полезные и вредные организмы имеют ряд цитологических различий, которые являются основой избирательности. Например, яды, которые действуют на нервную систему, токсичны для животных, но малотоксичны для растений, у которых ее нет. Вещества, разрушающие хлоропласты, для животных по понятным причинам практически не ядовиты.[1] Аналогичные примеры есть и при действии лекарственных препаратов на животных и человека. Например, большинство антибиотиков оказывает токсический эффект не только на микроорганизмы, но и на структуры нормальных клеток тела, и только средства из группы пенициллинов действуют исключительно на клеточные стенки бактерий, так как в организме человека и животных нет компонентов такого же строения. Многие пестициды избирательно токсичны, поскольку воздействуют на биохимические процессы, жизненно важные или специфичные только для определенных организмов. К примеру, гербициды – производные мочевины и триазина и тиокарбонаты - малотоксичны для теплокровных животных и человека, поскольку избирательно нарушают процесс фотосинтеза, который присущ только растениям. Фосфорорганические соединения (инсектициды и акарициды) не угнетают развития и роста растений, так как действуют на процессы синаптической передачи нервных импульсов, которые растениям не присущи. Понятие о пестицидах и агрохимикатах и объекты их воздействия. Пестицид – вещество (или смесь веществ) химического либо биологического происхождения, предназначенное для уничтожения вредных насекомых, грызунов, сорняков, возбудителей болезней растений и животных, а также используемое в качестве дефолианта, десиканта и регулятора роста. Инсектициды — это химические препараты для защиты от вредоносных насекомых и животных. Фунгициды — против возбудителей грибных заболеваний. Гербициды — это препараты, которые приводят к гибели сорняков. Овициды — препараты, которые убивают яйца насекомых и клещей. Лаврициды — пестициды против личинок насекомых. Акарициды — используются для борьбы с вредными клещами. Инсектоакарициды — пестициды, которые способны бороться сразу с насекомыми и клещами. Нематициды — препараты, которые используются для умертвления круглых червей (нематод). Лимациды — яды, убивающие слизней. Авициды — используются для борьбы с птицами-вредителями. Родентициды – пестициды для отравления грызунов. Зооциды — препараты для уничтожения животных. Афициды — препараты для борьбы с тлями. Бактерициды — против возбудителей бактериальных болезней растений. Вироциды — используются для борьбы с вирусными заболеваниями. Арборициды – пестициды, которые помогают избавиться от деревянистой и кустовой растительности. Акарициды — против злаковых сорняков. Альгициды — против водорослей и водной растительности. Дефолианты — ядохимикаты, которые ускоряют опадение листьев. Десиканты — пестициды, которые содействуют высыханию растений. Регуляторы роста — соединения, которые влияют на процессы роста и развития культур. Ретарданты — препараты, которые задерживают рост растений. Дефлоранты — используются для удаления цветков и завязей. Антирезистенты — специфические добавки, которые уменьшают резистентность вредителей к пестицидам. Гаметоциды — препараты, которые вызывают стерильность сорных растений. Синергисты — вещества, которые усиливают влияние пестицидов на вредоносный организм. Вдобавок сейчас применяют множество биологически активных веществ, таких как: Репелленты — вещества, которые отпугивают насекомых и животных. Аттрактанты — препараты, которые приманивают насекомых и животных в ловушки. Синтетические феромоны – соединения, которые привлекают самцов насекомых и животных. Антифиданты — угнетают питание насекомых. Стерилянты (Хемостерилизаторы) — избавляют насекомых от способности к размножению. Агрохимикаты - это удобрения химического или биологического происхождения, предназначенные для питания растений и регулирования плодородия почв. К агрохимикатам относятся: органические удобрения;минеральные удобрения; органо - минеральные удобрения;удобрения на основе осадков сточных вод; удобрения на основе отходов производства;мелиоранты и материалы для дренирования почвы;почвогрунты, торфогрунты и искусственные субстраты для защищенного грунта , 115 Понятие о ядах и отравлениях. Токсичность пестицидов и ее количественные показатели. Яды - химические вещества, взаимодействующие с организмом и вызывающие в нем патологические изменения. Отравление – болезненное состояние, которое вызвано отравляющими веществами (ядами). Токсичность - патологический результат взаимодействия между живым организмом и веществом. Количественные показатели токсичности устанавливают опытным путем. Для этого группы биотестов обрабатывают разной массой пестицида и определяют эффект его действия, который выражают в процентах к контролю (необрабатываемая группа биотестов), учитывая степень гибели объектов или нарушения в них отдельных процессов. Количественной мерой токсичности пестицида служит токсическая доза — масса вещества, вызывающая в организме определенный нежелаемый эффект. Дозу выражают в единицах массы пестицида по отношению к единице массы обрабатываемого объекта. Показатели токсичности обозначают по вызываемому эффекту буквенными символами: смертельная (СД) или летальная (ЛД) и эффективная (ЭД) дозы. Первые два показателя используют, если эффект действия пестицида учитывают по числу погибших биотестов, а третий — по степени нарушения отдельных процессов жизнедеятельности (накопление массы, торможение роста или скорости отдельных реакций в организме). Чем меньше численное значение показателя токсической дозы, тем больше токсичность препарата. , 132 Последействие и последствия использования пестицидов для окружающей среды и живых организмов. Вредное воздействие пестицидов предполагает возникновение вследствие экспозиции негативных эффектов у нецелевых видов (видов, которые не являются мишенями в случае применения пестицидов). Пестициды — это химические препараты, используемые для уничтожения сорняков, вредителей, различных грибков, эктопаразитов домашних животных, переносчиков опасных заболеваний человека и животных. Более 98 % распрыскиваемых инсектицидов и 95 % гербицидов достигают мишеней, которые не являются целевыми, поскольку такая продукция распыляется или распространяется по всем сельскохозяйственным полям. Пестициды могут быть применены к водной среде и перенесены ветром в другие области, пастбища, населенные пункты и иные районы. Также проблемы возникают ввиду плохой практики производства, транспорта и хранения пестицидов. Со временем повторное применение повышает сопротивляемость вредителям, а его воздействие на другие виды может способствовать возрождению популяции вредителей. [2] Каждый класс пестицидов имеет определенный набор экологических проблем. Такие нежелательные эффекты привели к тому, что многие пестициды были запрещены (например, альдрин, дильдрин, ДДТ и др.), касательно других же пестицидов разрабатываются правила, направленные на ограничение и / или уменьшение их использования. Со временем пестициды обычно становятся менее стойкими и более видоспецифическими, что снижает их экологический след. Кроме того, количество пестицидов, применяемых на гектар, снизилось, в некоторых случаях на 99 %. Тем не менее, глобальное распространение использования пестицидов, в том числе устаревших пестицидов, которые были запрещены в некоторых юрисдикциях, в целом увеличилось [4]. Пестициды влияют на окружающую среду и экосистемы, приводя к сокращению биоразнообразия, особенно вследствие уничтожения сорняков и насекомых, которые являются важными элементами пищевой цепи. Кроме того, пестициды оказывают отрицательное воздействие на здоровье человека, как в результате прямого действия, так и опосредованно вследствие накопления остаточных количеств в сельскохозяйственных продуктах и питьевой воде. Кроме целевого назначения, пестициды оказывают также негативное влияние на биосферу, масштаб которого сравнивают с глобальными экологическими факторами. На национальном и международном уровнях изучаются методы, которые позволяют сокращать потребность в пестицидах, например, органическое земледелие, биологические методы защиты растений. Применение пестицидов может привести к таким негативным последствиям как уменьшение биологической продуктивности, нарушение функционирования грунтовых микробиоценозов, накопление остатков пестицидов и их производных в поверхностных водных источниках и грунтовых водах, препятствие восстановлению плодородия, уменьшение пищевой ценности сельскохозяйственной продукции и тому подобное. Пестициды оказывают значительное влияние на исчезновение видов, опыляющих растения, в том числе через механизм расстройства колонии пчёл [5]: рабочие пчелы внезапно исчезают из улья. Применение пестицидов к культурам в период цветения может привести к гибели пчёл [11], опыляющих растения. Пестициды наносят вред многим видам животных, что приводит к тому, что всё больше стран начинают регулировать использование пестицидов посредством разработки и внедрения планов действий по биоразнообразию. Животные могут быть отравлены остатками пестицидов, которые остаются на пище. [7] По данным Службы рыбного хозяйства и дикой природы США, из-за пестицидов в Соединенных Штатах ежегодно погибает 72 миллиона птиц [3]. Лысые орлы — распространённый пример нецелевых организмов, которые поддаются воздействию вследствие использования пестицидов в сельском хозяйстве. Опасность кроется также в том, что некоторые пестициды поступают в зернистой форме. Представители дикой природы поедают эти гранулы, принимая их за зерновые продукты. Несколько гранул пестицида может быть достаточно, чтобы убить маленькую птицу [3]. Органическое соединение паракват, которое является пестицидом, при распылении на яйца птиц вызывает аномалии роста у эмбрионов и уменьшает количество цыплят. Гербициды могут угрожать популяциям птиц путём сокращения их среды обитания [12]. В результате действия пестицидов некоторые основные источники пищи диких животных могут стать недоступными, в результате чего животные перемещаются, меняют свой рацион или голодают. Остатки пестицидов могут перемещаться по пищевой цепи; например, птицам может быть нанесен вред при поедании насекомых и червей, которые потребляют пестициды [3]. Дождевые черви переваривают органическое вещество и увеличивают содержание питательных веществ в верхнем слое почвы. Они служат биоиндикаторами активности почвы. Пестициды оказывают вредное воздействие на рост и размножение дождевых червей. Некоторые пестициды могут биоаккумулироваться или накапливаться до токсических уровней в организме видов, которые потребляют их, с течением времени. От загрязнений воды пестицидами также страдают рыбы и другая водная биота. Поверхностный сток пестицидов в реках и ручьях может быть смертельно опасен для водной жизни, иногда приводя к гибели всех рыб в определенном потоке [4]. Применение гербицидов к водоемам может привести к гибели рыбы, когда мертвые растения распадаются и потребляют кислород из воды, в результате чего рыбы задыхаются от его недостатка и погибают. Гербициды, такие как сульфит меди, токсичны для рыб и других водных животных в концентрациях, подобных тем, которые используются для уничтожения растений. Повторное воздействие сублетальных доз некоторых пестицидов может привести к физиологическим и поведенческим изменениям, которые уменьшают популяции рыб (например, отказ от гнезд и выводков, снижение иммунитета к заболеваниям, снижение способности уклоняться от хищников). Пестициды могут накапливаться в водоемах до уровней, которые уничтожают зоопланктон — основной источник пищи молодых рыб [4]. Пестициды также могут убивать насекомых, которые являются основным источником пищи некоторых виды рыб, вынуждая рыбу двигаться дальше в поисках пищи и подвергая её большему риску быть пойманной хищником. Чем быстрее данный пестицид разрушается в окружающей среде, тем меньшую угрозу он представляет для водной флоры и фауны. Инсектициды обычно более токсичны для водных организмов, чем гербициды и фунгициды. Наибольшую проблему обезвреживания токсичных промышленных отходов, в том числе и пестицидов, создают вещества (продукты), выделенные в группу стойких органических загрязнителей (СОЗ). Эти вещества представляют собой соединения, которые противостоят деградации и, таким образом, остаются в окружающей среде в течение многих лет. Некоторые пестициды, включая упомянуты выше альдрин, хлордан, ДДТ, дильдрин, эндрин, гептахлор, гексахлорбензол, мирекс и токсафен, считаются СОЗ. Некоторые СОЗ обладают способностью улетучиваться и перемещаться на большие расстояния через атмосферный воздух. Такие химические вещества могут обладать способностью к биоаккумуляции и биомагнизации и могут биоконцентрировать (т. е. стать более концентрированными) до 70000 раз по сравнению с их первоначальными концентрациями [11]. СОЗ могут воздействовать на нецелевые организмы в окружающей среде. Интенсивность вредного воздействия зависит от технологии применения пестицидов, способов обработки почвы или растений. В почве происходит ряд процессов, которые уменьшают содержание в ней агрохимикатов. Это биохимическое разрушение препаратов, переход в растение, испарения в атмосферу, вынос поверхностным и внутренним грунтовым стоком, фотохимическое разрушение, поглощение и трансформация грунтовыми организмами. Совокупность этих процессов определяет стабильность агрохимикатов в почве. Пестициды адсорбируются частицами почвы и гумуса, накапливаются в грунтовых организмах, разрушаются химическим или биологическим путем, просачиваются до уровня грунтовых вод. Высокая устойчивость пестицидов к распаду является важной предпосылкой их миграции по профилю почвы, а также в смежные среды (растения, воздух, воду), что представляет опасность для природных экосистем. Поэтому экологически важно оценить современное состояние загрязнения почвы остатками пестицидов. Пестициды, попавшие на поверхность почвы, могут вымываться в более глубокие горизонты и грунтовые воды, поступать в водоёмы с поверхностным стоком, появляться на поверхности почвы при капиллярном поднятии грунтовых вод или при вспашке, переходить в атмосферный воздух в результате испарения или с пылью при ветровой эрозии почвы, через растения мигрировать в организм животных и человека [5]. , 118 Превращение пестицидов в организме. Часть пестицида, проникшая внутрь организма, подвергается биотрансформации, в результате которой могут происходить: • детоксикация - разрушение действующего вещества и выведение метаболитов из организма; • активация — превращение действующего вещества в его еще более токсичное производное; • конъюгация, иммобилизация- образование неактивного комплекса действующего вещества с белком или другими продуктами обмена веществ, в результате чего действие пестицида замедляется или прекращается. Если в комплекс включается жизненно важный белок, то может развиться патология из-за недостатка этого белка в обмене веществ. , 127 Приобретенная устойчивость вредных организмов к пестицидам и ее виды. Приобретенная (вторичная) устойчивость возникает в результате контакта микроорганизма с антимикробным средством либо за счет возникновения мутаций хромосомной ДНК, модифицирующих имеющиеся белки бактерий, либо за счет трансформации, благодаря которой образуются мозаичные гены, либо путем горизонтального переноса генов В результате систематического применения инсектицидов и акарицидов у насекомых и клещей может появиться устойчивость (резистентность) к ним. Устойчивые к действию инсектицидов насекомые не гибнут от данных ядохимикатов, применяемых в дозах, выбывающих гибель обычной (чувствительной) популяции. Основной причиной резистентности является селекция устойчивых особей, выживающих после применения препарата в определенной дозе. Каждая популяции насекомых представляет совокупность особей, отличающихся по своим биологическим особенностям, в том числе и по чувствительности к действию ядов. При систематическом применении инсектицидов у быстроразмножающихся видов (дающих за сезон несколько поколений) отбирается и селекционируется часть популяции, содержащая гомозиготные особи (по гену устойчивости), и результате чего на время наследственно закрепляется устойчивость к данному фактору.[1] В основе преобразования чувствительной популяции в устойчивую лежат количественные изменения её генотипического состава.[4] Различают несколько разновидностей устойчивости. Кроме прямой (индивидуальной) устойчивости к инсектициду, нередко возникает перекрестная групповая устойчивость (кросс-резистентность) к целой группе химических соединений из данного класса, хотя остальные соединения при этом и не применялись. Чаще всего это происходит в отношении соединений, обладающих аналогичным или родственным механизмом токсического действия. Реже возникает и проявляется менее четко перекрестная межгрупповая устойчивость, проявляющаяся в отношении соединений из других химических классов.[1] |