II.3. Ддт и другие пестициды

По подсчетам специалистов ежегодно от трети до половины мировых запасов продовольствия пожирают или повреждают насекомые, плесневые грибки, грызуны, птицы и другие вредители, которые уничтожают урожай и в поле, и при его сборе, погрузке, транспортировке и хранении. В случае успешной борьбы с насекомыми и болезнями, которые поражают зерновые культуры, ежегодная прибавка урожая составила бы около 200 млн. тонн зерна, что хватило бы для пропитания 1 млрд. человек.

Швейцарский химик Пауль Мюллер, руководитель лаборатории фирмы Тейги" в 1938 году обнаружил замечательные инсектицидные свойства у дихлортрифенилтрихлорэтана (ставшего известным позднее под названием ДДТ) и спустя 10 лет за это открытие был удостоен Нобелевской премии в области биологии и медицины. Действительно, уже первые результаты применения этого "чудо-оружия" были просто ошеломляющими — рост урожайности, внедрение экономичных способов ведения сельского хозяйства, новые эффективные средства борьбы с насекомыми, переносящими инфекции. Во время Второй мировой войны ДДТ был применен против вшей, распространяющих сыпной тиф. В результате это была первая из войн, в которой от тифа погибло меньше людей, чем от пуль противника. Использование ДДТ против комаров — переносчиков малярии резко снизили смертность от этого заболевания. Если еще в 1948 г. только в Индии погибло от малярии более трех миллионов человек, то в 1965 г. в этой стране не было зарегистрировано ни одного случая смерти от малярии. Именно благодаря ДДТ таким образом удалось спасти миллионы жизней и именно за это Мюллер по праву получил Нобелевскую премию.

Однако, спустя два-три десятилетия выявились и негативные экологические последствия необдуманного использования ДДТ и многих других пестицидов. ДДТ — агент, применение которого привело к глобальному загрязнению окружающей среды. Установлено, что влияние ДДТ на среду географически существенно шире, чем территория его непосредственного применения в результате переходов из почвы в воду и воздух, из воздуха в воду и т.д., переноса биотой, воздушными массами и океаническими течениями. Таким образом, сегодня загрязнение природной среды этим инсектицидом приняло повсеместный характер, ДДТ обнаружен даже в Антарктиде.

Проблемы, связанные с ДДТ и другими синтетическими (в частности с хлорированными) пестицидами, можно свести к следующим:

1) развитие резистентности вредителей к этим препаратам;

2) устойчивость пестицидов в среде и накопление их в возрастающих концентрациях в организмах;

3) возрождение вредителей и вторичные вспышки численности;

4) рост материальных затрат на применение пестицидов;

5) нежелательные воздействия на окружающую среду и здоровье человека. В этих аспектах и целесообразно рассмотреть негативные экологические последствия действия подобных соединений.

Популяции насекомых-вредителей изменчивы, их генофонд достаточно динамичен и способен довольно быстро эволюционировать. Обработка пестицидами создает давление естественного отбора, приводящее к устойчивости популяции. При воздействии пестицидов сначала погибают наиболее чувствительные особи, а выживают резистентные, которые дают также более выносливое поколение. Все это происходит очень быстро, так как способность многих насекомых к репродукции просто феноменальна — они могут давать многочисленное потомство через короткие промежутки времени. Таким образом, неоднократные воздействия пестицидов приводят к селекции и размножению линий с высокой устойчивостью именно к тем препаратам, которые созданы для их уничтожения. Известны случаи, когда устойчивость популяции насекомых к химикатам возрастала в десятки тысяч раз. Около 25 основных видов насекомых-вредителей стали устойчивыми ко всем пестицидам. Более того, обретая устойчивость к одному агенту, популяция становится резистентной и к другим, даже не родственным такому агенту веществам, и даже в том случае, если эта популяция не подвергалась их воздействию. Следует отметить, что число видов насекомых, устойчивых к пестицидам возросло за первые 10 лет интенсивного использования пестицидов почти в два раза — с 224 до 428.

Другой аспект проблемы связан с судьбой пестицидов в окружающей среде. Хлорированные (как например ДЦТ, линдан, кепон, алдрин и многие другие) или Нg-, As-, Pb-содержащие пестициды относятся к весьма стабильным. Это означает, что они очень медленно разрушаются (или даже совсем не разрушаются) под действием солнца или бактерий. Об устойчивости пестицида в окружающей среде судят по времени, в течение которого он сохраняется в почве после обработки: быстро разрушающийся — менее 15 недель, умеренно разрушающийся — 15—45 недель, медленно разрушающийся — 45—75 недель и устойчивый — более 75 недель. Период полужизни у ДДТ составляет примерно 20 лет. Такие же элементы, как ртуть и мышьяк полностью не разлагаются — они циркулируют по экосистемам или оказываются захороненными в иле. Подавляющее большинство наиболее известных пестицидов имеют тенденцию накапливаться в живых организмах, причем не только в количествах больших, чем в окружающей среде, но и в концентрациях, возрастающих по мере продвижения по пищевым цепям. Это называется эффектом биологического усиления. Несмотря на то, что сведения о влиянии пестицидов на сообщества организмов и функционирование экосистем ограничены и не систематизированы, отмечено, что ввиду высокой способности к биоаккумуляции и низкой степени разложения, они могут оказывать неблагоприятное влияние на организмы всех трофических уровней, особенно на обладающих высокой чувствительностью первичных продуцентов. Известно, что водоросль кладофора за три дня извлекает из воды столько ДДТ, что его концентрация увеличивается при этом в 3000 раз. Для уничтожения комаров на одном из калифорнийских озер применяли ДДТ. После обработки акватории концентрация ДДТ в воде составила 0,02 ppm (частей/миллион), в планктоне - 10, в планктоноядных рыбах - 900, в хищных рыбах - 2700, а в птицах, питающихся рыбой - 2100 ppm, т.е. содержание ДДТ в тканях птиц, не подвергавшихся непосредственно воздействию инсектицида почти в 100 тысяч раз превышала его концентрацию в воде. Один килограмм жира тюленей, обитающих у британских берегов, содержит 10-40 мг ДДТ. Нечувствительные к действию ДДТ, дождевые черви являются своеобразными ловушками этого вещества, активно поглощая его из почвы и накапливая в организме. При изучении накопления ДДТ и его переходов по звеньям трофической цепи на примере экосистемы озера Мичиган было обнаружено, что донный ил содержит 0,014 мг/кг, придонно-питающиеся ракообразные - 0,41, различные виды рыб — 3-6, и жировая ткань чаек, питающихся этой рыбой - свыше 2400 мг/кг. Немецкие ученые Даймен и Хейс приводят следующий расчет, в основе которого лежит простое правило, согласно которому в каждом последующем звене пищевой цепи содержание ДДТ увеличивается в 10 раз: ил - х 1, водные растения - х 10, дафнии и другие рачки - х 100, мелкие рыбы - х 1000, хищные рыбы - х 10000. Это демонстративный пример последовательного концентрирования ДДТ. Простая классификация пестицидов для определения их безопасности представлена в таблице 13.

 

 

Таблица 13

Показатели*, характеризующие относительную токсичность, устойчивость и биоаккумуляцию некоторых пестицидов.

 

наименование пестицида	токсичность		Устойч.	Биоаккумул.	Суммарн индекс
	крысы	рыбы

Хлорированные пестициды
ДДТ	2,7	3,7	4,0	4,0	14,4
Алдрин	3,2	3,9	4,0	3,1	14,2
Диэлдрин	3,1	3,9	4,0	3,0	14,0
Эндрин	3,5	4,0	4,0	2,8	14,3
Линдан	2,7	3,4	4,0	1,5	11,6
	(3,0)	(3,8)	(4,0)	(2,9)	(13,7)
Фосфорсодержащие пестициды
Дихлофос	3,0	2,7	1,3	1,0	8,0
Дисульфотон	3,9	3,3	1,1	1,0	9,3
Паратион	3,6	3,3	1,3	1,0	9,2
Форат	4,0	3,7	1,1	1,0	9,8
	(3,3)	(3,3)	(1.2)	(1,0)	(8,8)
Карбаматы
Карбарил	2,1	2,4	1,1	1,0	6,6
Карбофуран	3,6	2,9	1,4	1,0	8,9
	(2,8)	(2.6)	(1,2)	(1,0)	(7,6)
Триазины
Атразин	1,7	2,0	3,6	1,0	8,3
Прометон	1,7	2.5	4,0	1,0	- 9,2
	(1,9)	(2,3)	(2,5)	(1,0)	(7.6)
Пестициды на основе органических кислот
2,4,5-Т	2,5	2,8	1,4	1,0	7,7
2,4-D	2,4	1,4	1,1	1,0	5,9
	(2,0)	(2,1)	(1,6)	(1,0)	(6,7)

 

*) — степень токсичности пестицида основана на LD50, на устойчивость пестицида в окружающей среде указывает время, в течение которого он сохраняется, а на биоаккумуляцию — накопление пестицидов. По шкале от 1 до 4, максимальная оценка соответствует наибольшей токсичности, или стабильности, или наиболее выраженной способности к аккумуляции.

**) — в скобках дано среднее значение для всей группы

 

Следующий, очень важный аспект проблемы, заключается в том, что часто после обработки пестицидами вредители могут появляться в гораздо больших количествах (это называется возрождением) или даже, что на первый взгляд кажется неожиданным, взрывообразно размножаться (вторичные вспышки численности). Например, не вызывавшие ранее беспокойства в виду своей малочисленности клещи, после начала применения синтетических пестицидов стали интенсивно размножаться и сегодня число видов этой группы вредителей, угрожающих хлопчатнику увеличилось с 6 до 16. Подобные явления обусловлены тем, что в мире насекомых (как и среди высших животных) существуют весьма сложные трофические цепи и количественная величина популяции растительноядных насекомых зачастую контролируется видами, которые на этих насекомых паразитируют или ведут себя по отношению к ним как хищники. Экспозиция к пестицидам может оказывать более выраженное и сильное влияние на естественных врагов вредителей, чем на них самих. В связи с этим наблюдается исчезновение собственных врагов и популяции растительноядных насекомых не только возрождаются, но и могут взрывообразно увеличивать свою численность. Но почему же эффект пестицидов более выражен для врагов вредителей, чем для самих вредителей? Это объясняется тем, что весьма часто растительноядные виды бывают изначально более устойчивы к пестицидам чем их враги. С другой стороны эти враги-хищники получают значительно большие дозы пестицидов за счет биоаккумуляции и концентрирования препаратов в трофической цепи. Кроме того, сами хищники могут погибать просто из-за резко возникающего недостатка пищи. Сказанное лишний раз указывает на динамичную суть экосистем и подчеркивает, что химическое уничтожение одного вида с неизбежностью влечет за собой целую цепь нежелательных экологических эффектов.

Приведенные здесь сведения дают ответ на вопрос: "Почему же увеличивается объем затрат на применение пестицидов?" Возникающая после ряда обработок пестицидами устойчивость видов-вредителей, возрождение и вторичные вспышки их численности, ведут к тому, что начинают синтезировать и использовать новые препараты, более дорогие в своем производстве. Кроме того, уже известные, применяемые ранее на той же территории пестициды используются во все возрастающих объемах и чаще. В частности, в некоторых районах США пришлось отказаться от выращивания хлопка вследствии того, что затраты на борьбу с вредителями превышали стоимость урожая.

Некоторые ученые, пытаясь найти выход из положения, возлагают большие надежды на т.н. нестойкие пестициды. Но этот путь тупиковый и, с экологической точки зрения, подобные надежды безосновательны. Дело в том, что эти нестойкие пестициды нередко более токсичны, требуют более частого их применения. Кроме того, подобные пестициды также обладают отдаленными нежелательными эффектами, так что наивно считать их "экологически безопасными". Показателен пример с попыткой уничтожения гусениц елового листовертки-почкоеда в одном из регионов Канады. Для борьбы с вредителями применили фосфорорганический пестицид из группы "нестойких" и считавшийся экологически безвредным. Но в результате его использования погибло 12 млн. птиц; они погибали и от прямого отравления и от недостатка корма (гусениц), так как должны съедать в день почти столько же, сколько весят сами. Если в результате воздействия таких пестицидов погибают насекомые, питающиеся фитопланктоном, то происходит взрывообразное увеличение популяции последнего. Кроме того, некоторые полезные насекомые, например пчелы, могут оказаться более чувствительными к нестойким пестицидам чем их вредители. И, наконец, нет никаких оснований надеяться на то, что в результате воздействия этих соединений не будет возникать к ним устойчивость у вредителей, или не будут наблюдаться вторичные вспышки численности именно тех организмов, против которых направлено их действие.

Пожалуй, наиболее важный аспект проблемы пестицидов, который частично обсуждался выше, — это нежелательные их воздействия на окружающую среду, экосистемы и здоровье человека.

Пестициды — одна из причин вымирания видов. Являясь фактором отбора, они обладают способностью повреждать генетический аппарат клетки и вызывать мутации. Даже небольшие эволюционные сдвиги приводят в конце концов к изменению в генетической системе организма, а затем и к изменению поведения, которые могут повлиять на дальнейший ход эволюции.

ДДТ подавляет фотосинтез зеленых водорослей и, учитывая его длительное существование в среде, мы не можем тешить себя надеждой, что морские водоросли смогут со временем стать неисчерпаемым источником пищевых ресурсов для всего человечества. Известно, что ДДТ нарушает численность некоторых микроорганизмов, а это может приводить к изменениям видового разнообразия сообществ и разрывам пищевых цепей. Автор знаменитой книги "Silent Spring" талантливый биолог Рэчел Карсон приводит один из наиболее очевидных примеров простой пищевой цепи, в которой циркулирует ДДТ. Это случай с перелетными дроздами. Гриб Ceratocystis ulmi вызывает т.н. "голландскую болезнь", которая приводит к гибели вязов. Это заболевание передает вязовый заболонник Scolytes multistriatus с которым борются, обрабатывая деревья ДДТ. Часть пестицида смывается с атмосферными осадками с вязов и попадает в почву. В почве ДДТ поглощают дождевые черви, поедающие остатки листьев и он откладывается в их организме. Поедающие преимущественно дождевых червей перелетные дрозды Turdus migratorius в этом случае хронически отравлялись ДДТ. Часть из них погибала, а у других нарушилась способность к размножению— они становились стерильными или откладывали бесплодные яйца. В конечном результате борьба с "голландской болезнью" привела к почти полному исчезновению перелетных дроздов на значительных территориях США.

Повторное применение ДДТ способно вызывать устойчивость у ряда бактерий. ДДТ и его метаболиты высокотоксичны для рыб; они нарушают процессы развития и поведения, оказывают мутагенный и канцерогенный эффекты, а рыба — важный пищевой продукт. Личинки амфибий высоко чувствительны к действию ДДТ и его производных, что проявляется в этологических и анатомических аномалиях. Наиболее глубоко изучалось действие этого инсектицида на толщину скорлупы яиц различных видов птиц. Показано, что ДДТ, точнее его главный метаболит ДДЭ, обуславливает истончение скорлупы яиц у кряквы, белоголового орлана, скопы, японского перепела и других птиц. Калифорнийские пеликаны, в яйцах которых содержание ДДТ дошло до 71 мг/кг, уже с 1969 г. не могут размножаться и вымирают. Значительное сокращение популяций хищных птиц имеет и другое последствие — вторичный эффект роста численности грызунов, которые уничтожаются в основном этими видами птиц.

ДДТ может вызывать инверсию пола. В одной из колоний чаек в Калифорнии после обработки гнездовых участков ДДТ появилось в 4 раза больше женских особей, чем мужских. При введении в яйца чаек ДДТ, половина мужских зародышей превращалась в женские.

Особо опасно и явно недостаточно изучено воздействие ДДТ на людей. Однако отмечено, что лишь за одно десятилетие, с 1970 по 1980 гг., частота отравлений пестицидами в мире возросла на 250%.

У человека, также как и у многих других видов, ДДТ концентрируется преимущественно в жировой ткани, но способен выделяться с грудным молоком и даже проходить через плацентарный барьер. Еще 15 лет назад сообщалось, что у 99% американцев в крови и жировой ткани содержится ДДТ в количестве 3,6 ррm, а диэлдрина 0,12 ррm. Согласно подсчетам, сделанным в Германии, каждый грудной ребенок с молоком матери получает в два раза больше ДДТ, чем это допускается. В грудном молоке кормящих американских матерей в 4 раза превышен уровень ДДТ, чем разрешено санитарными нормами для коровьего молока. Как заметил один из исследователей Национального института здоровья США: "Если бы материнское молоко находилось в другой упаковке, его вообще не разрешили бы пускать в продажу".

При экспозиции к ДДТ у людей могут наблюдаться гормональные изменения, поражения почек, центральной и периферической нервной системы, цирроз печени и хронический гепатит. Несмотря на практическое отсутствие генотоксичности, ДДТ отнесен к группе 2В канцерогенного риска. Таким образом, ДДТ должен рассматриваться как агент, обладающий высоким уровнем опасности для окружающей среды и здоровья человека.

Эта опасность ДДТ, как и других пестицидов, вследствие главным образом их длительной персистенции в окружающей среде, сохраняет свою актуальность и по сей день, несмотря на то, что уже в начале 1970-х годов был наложен запрет на выпуск и применение некоторых пестицидов. Первой страной, где был запрещен ДДТ, была Новая Зеландия. СССР был второй страной, но это запрещение имело две оговорки: применение разрешалось в Узбекистане, где еще встречались случаи малярии, и в таежных районах, где при вырубке леса для временных поселений образовывались прогалины, в которых размножались мыши, а вслед за ними иксодовые клещи, создавая очаг клещевого энцефалита, с которым можно эффективно бороться именно ДДТ. Когда в США концентрация ДДТ в молоке кормящих матерей в результате передачи этого вещества через пищевые цепи достигла уровня в четыре раза превышающего предельно допустимые, то применение ДДТ было запрещено. (В США запрещено использование, по крайней мере, 10 пестицидов — алдрина, стробана, ДДТ, 2,4 -Д, токсафена, гептахлора, линдана, кепона, 2,4,5- Т и эндрина, но ряд из них продолжают выпускать на экспорт в развивающиеся страны). Следует отметить, что США поставляют около 30% пестицидов, используемых в мире. Вместе с тем запрет на ДДТ не повсеметен. В Австралии и Китае его применяют и по сей день для опрыскивания фруктовых садов и плантаций, а Индия его продолжает производить.

Из Государственного доклада "О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 1993 году": Ежегодное применение пестицидов в сельском хозяйстве в течение 1980—1991 гг. составляло около 150 тыс.т., а в 1993 г. уменьшилось до 43,7 тыс.т. К регионам с наибольшим загрязнением почв пестицидами относятся Северный Кавказ, Приморский край и Центрально-Черноземные области.

Общее количество запрещенных и пришедших в негодность пестицидов составляет 13,4 тыс. тонн. Физическое состояние их, неопределенность химического состава, не везде удовлетворительные условия хранения, представляют потенциальную опасность для окружающей среды и здоровья людей. Утилизация их до настоящего времени практически не проводилась. (Больше всего накоплено подобных пестицидов на территориях Воронежской, Курской, Ростовской, Смоленской, Саратовской, Белгородской областей и республике Башкортостан).