Группа веществ, изолируемых экстракцией неполярными растворителями. Пестициды

1. Пестициды как химические загрязнители

В настоящее время химия и технология пестицидов - одна из самых динамичных областей хозяйственной деятельности человека.

Пестициды - общее название всех химических соединений, которые применяются в сельском хозяйстве для защиты культурных растений от вредных организмов (англ. Pestis - паразиты, cide - уничтожать). Главной их сферой применения является растениеводство.

Ежегодно половину мировых запасов продовольствия съедают или повреждают насекомые, микроорганизмы, преимущественно плесневые микрогрибы, грызуны, птицы и другие вредители: они уничтожают урожай и в поле, и при уборке и отгрузке, и во время хранения. Считают, что в случае успешной борьбы с насекомыми, микроорганизмами болезнями, которые поражают зерновые культуры в поле, ежегодная прибавка урожая составила бы около 200 млн. тонн зерна, которой хватило бы для пропитания 1 млрд. человек.

Применение пестицидов в экономически развитых странах прочно вошло в практику возделывания основных сельскохозяйственных культур. Оборот пестицидов в мире возрос за 5 лет на 17%, с 26,8 млрд. $ в 1991г. до 31,3 млрд. $ в 1996 г. К 2001 году оборот пестицидов составил 38,5 млрд., что соответствует ежегодному приросту на 4,2%. Этот рост, главным образом, обусловлен увеличением потребления пестицидов в США, Западной Европе, Японии.

В 1996 г. в мире было произведено 2,4 млн. тонн пестицидов. Основными производителями и потребителями пестицидов являются страны Северной Америки (30% оборота), Западной Европы (26%), Япония и Китай (24%). Оборот пестицидов в странах Восточной Европы и бывшего СССР составил около 5%.

В мире ежегодно подвергается испытаниям около 500 тыс. различных химических соединений на пестицидную активность, причем из этого огромного числа практический выход получают всего 10-15 новых пестицидов. Показательны также объемы затрат на научно-исследовательские работы в этой области. В экономически развитых странах они составляют 2 млрд. $, что соответствует 10-15% от суммы реализации готовой продукции. За последние годы в России в области поиска химических средств защиты растений объединены усилия около 150 научных организаций страны. Это позволило осуществить синтез и провести биологические испытания более 60000 химических соединений.

Во всем мире в среднем за год применяется около 3,2 млн. тонн гербицидов, фунгицидов и инсектицидов (в среднем, по 0,5 кг на одного жителя планеты).

Наряду с безусловно полезными свойствами пестицидов следует отметить отрицательные стороны их применения. Перечень неблагоприятных последствий широкого применения пестицидов велик - загрязнение воды, почвы, продуктов питания, хронические заболевания и острые отравления, врожденные аномалии развития, детская смертность и т.д.

Применение химических средств защиты растений ставит четыре острые проблемы:

Первая из них связана с тем, что определенные пестициды, например, ДДТ и ртутьорганические соединения, имеют тенденцию накапливаться в живых организмах. В некоторых случаях пестициды не только накапливаются в организме в количестве большем, чем в окружающей среде, но их концентрация возрастает по мере продвижения по пищевым цепям. Это явление называют эффектом биологического усиления.

ДДТ служит примером биологически усиливающегося пестицида. Когда в организм животного попадает ДДТ с водой, с остатками уже обработанных растений или насекомыми, которые питались такими растениями, он концентрируется в жировых тканях, так как ДДТ растворим в жирах. Из жировых тканей ДДТ выводится очень медленно. Если какой-то другой организм в пищевой цепи поедает первый, то он в этом случае поглощает уже более высокую дозу ДДТ.

Биологическое усиление ДДТ в пищевой цепи

Питающаяся рыбой птица Крупная рыба Мелкая рыба Планктон Вода

3 - 76 млн-1 1 - 2 млн-1 0,2 - 1,2 млн-1 0,04 млн-1 0,00005 млн-1

ДДТ ДДТ ДДТ ДДТ ДДТ

Организмы, находящиеся на вершинах пищевых цепей (например, человек или хищные птицы), поедают пищу, в которой ДДТ содержится в значительно более высоких концентрациях, чем обычно в окружающей среде. Одним из последствий накопления ДДТ в организме птиц является то, что они откладывают яйца со значительно более тонкой скорлупой. Тонкая скорлупа легко разбивается и не может защитить развивающегося в яйце птенца. ДДТ широко мигрирует по земному шару. Заметные количества ДДТ обнаружены в моллюсках, рыбах, птицах и тюленях Северного и Балтийского морей, а также в антарктических рыбах, птицах и ластоногих. Пингвины Антарктиды, например, содержат в своем теле ДДТ в концентрации 0,024 мг/кг.

Накопление ДДТ в фитопланктоне мирового океана уже при нескольких мкг/л из-за ничтожно низкой растворимости его в воде в значительной степени ингибирует процесс фотосинтеза. При широком использовании этого пестицида последствия этого явления могут стать непредсказуемыми, так как фитопланктон производит около 70% земного кислорода.

Взрослый житель ФРГ в среднем содержит в своем организме 4 мг ДДТ на 1 кг жира, житель США - примерно в 2,5 раза больше, накапливаясь прежде всего в жировой ткани органов, где присутствуют жироподобные (липидные) вещества, то есть в печени, сердце, нервной системе и клетках мозга.

Вторая проблема связана с продолжительностью сохранения пестицидов в почве или на культурных растениях после обработки. Хлорированные углеводороды, такие как ДДТ, и пестициды, содержащие мышьяк, свинец или ртуть, относятся к группе устойчивых, они не разрушаются за время одного вегетационного сезона под действием солнца, экзоферментов или микроорганизмов.

Период полужизни у ДДТ, например, может продолжаться до 20 лет. За этот период только половина первоначально использованного ДДТ разложится до простых соединений. Широкий спектр воздействия и устойчивость ДДТ способствовали его накоплению в пищевых цепях, что оказывало губительное действие на их концевые звенья. Когда в США концентрация ДДТ в молоке кормящих матерей в результате передачи этого вещества через пищевые цепи достигла уровня в 4 раза выше предельно допустимого, применение ДДТ было запрещено. Далее ДДТ был запрещен в Новой Зеландии, СССР, Венгрии, Швеции, Дании, Финляндии и в других странах. Правда, не всегда запреты были полными и неограниченными. Например, в СССР вначале не могли отказаться от использования ДДТ в борьбе с клещами - переносчиками таежного энцефалита, так как не было другого подходящего акарицида. Позже ВОЗ разрешила применение ДДТ в беднейших развивающихся странах для борьбы с переносчиками болезней - малярийными комарами и мухами. До сих пор ДДТ используют в Австралии, Китае, Индии для опрыскивания садов. При этом индийское правительство считает, что новый подъем заболеваемости малярией - это следствие запрета или ограничения на применение ДДТ.

Экспериментально было установлено, что ДДТ может вызвать генетические изменения в человеческом организме. Другие компоненты пестицидов - ртуть и мышьяк практически никогда полностью не инактивируются: они циркулируют в экосистеме или оказываются захороненными в иле.

Еще в 1962 году вышла книга «Безмолвная весна», написанная американской писательницей-биологом Рэчел Карсон. Книга привлекла внимание широкой общественности к возрастающему отравлению окружающей среды инсектицидами и гербицидами. Впервые было высказано предположение, что со временем ядовитые и чужеродные химические вещества могут настолько насытить поверхность Земли, что сделают ее непригодной для жизни.

«В округе стала распространяться какая-то загадочная болезнь, чье чумное дыхание начало преображать все вокруг...» - такими словами начинается одна из глав книги. «Над городом словно тяготело какое-то проклятие. Загадочные болезни уносили кур, коровы и овцы чахли и гибли. На все легла тень смерти...». Эту главу, Карсон закончила тогда словами: «Такого города в действительности не существует». Но не прошло и 15 лет, как он появился. Это произошло 10 июля 1976 г.

В небольшом городке Севезо на севере Италии, в 30 км от Милана, произошел взрыв на химическом заводе по выработке пестицидов. Вещество, вырвавшееся при взрыве, было одним из самых страшных ядов, какие только известны химикам. Его научное название - 2,3,7,8-тетрахлордибензо-р-диоксин, сокращенно ТХДД. В атмосферу его попало всего около 2 кг. ТХДД ядовитее цианистого калия в 67 тыс. раз и в 500 раз - стрихнина. Смертельная доза ТХДД для человека составляет около 0,03 миллионных частей грамма на 1 кг массы тела. Только на 17 день после взрыва из-за того, что фирма попыталась скрыть состав выброса, началась эвакуация населения. Пало около 3 тыс. животных и 75 тыс. пришлось забить. Яд особенно сильно действовал на детей, игравших в момент взрыва на улице. Безобразные оспины, которые яд оставил на их коже, - пожизненное клеймо диоксина.

Однако площадь отравленной зоны далеко не ограничилась городком Севезо. Хотя ТХДД практически нерастворим в воде, ветер и весенний разлив реки сделали его весьма подвижным. Через 2 года попытались очистить отравленную зону: сняли и удалили 20 см верхнего слоя почвы. Несмотря на это, в окружающей среде были неожиданно найдены большие концентрации диоксина.

До сих пор г. Севезо остается опасной зоной. С лета 1987 г. и по настоящее время зараженная местность города является «экологическим полигоном» для изучения влияния диоксина на окружающую среду.

Длительная устойчивость пестицидов является основным фактором в процессе вторичного загрязнения, когда объекты, никогда не подвергавшиеся обработке пестицидами, тем не менее их содержат.

Циркуляция пестицидов может происходить по следующим схемам:

воздух  растения  почва  растения  травоядные животные  человек;

почва  вода  зоофитопланктон  рыба  человек.

Ирригационные воды Кубанских оросительных систем с остатками пестицидов после их использования сбрасываются в Приазовские лиманы, в воде которых токсиканты отсутствуют или обнаруживаются в незначительных количествах, но повсеместно и в больших концентрациях они присутствуют в донных осадках, водорослях и отдельных органах промысловых рыб.

Таким образом, пестициды, являясь важным фактором воздействия человека на окружающую среду, опасны тем, что могут оказывать на нее различные отдаленные побочные воздействия.

Отдаленные воздействия пестицидов на окружающую среду

Элементы окружающей среды	Потенциальные побочные явления
Абиотическая окружающая среда	Наличие остаточных количеств в почве, воде и воздухе
Растения	Наличие остаточных количеств Повреждения из-за фитотоксичности Изменения в вегетационном развитии (при использовании гербицидов)
Животные	Наличие остаточных количеств в домашних и диких животных Физиологические воздействия (нежизнеспособность яиц птиц) Смертность определенных диких видов (млекопитающих, птиц, рыб) Смертность полезных, вредных и паразитирующих насекомых Изменение численности насекомых (развитие вредителей второго поколения в результате смертности полезных, вредных и паразитирующих насекомых)
Человек	Наличие остаточных количеств в тканях и органах Профессиональные заболевания
Пища	Наличие остаточных количеств
Организмы, с которыми ведется борьба	Развитие резистентности

Обследование, проведенное во Франции в начале 80-х годов, показало, что в большинстве случаев нагрузка хлорорганических и фосфорорганических пестицидов создается из-за поступления их в организм человека с продуктами растительного и животного происхождения.

Годовое поступление пестицидов в организм человека с продуктами