Экологические последствия применения пестицидов в сельском хозяйстве



Рассмотрены основные пути и последствия воздействия пестицидов, применяемых в сельском хозяйстве, на окружающую природную среду. Установлено, что использование пестицидов в сельском хозяйстве оказывает губительное воздействие на окружающую среду. Сделан вывод, что общий эффект использования пестицидов сводится к снижению видового разнообразия. Определены некоторые пути уменьшения негативного воздействия пестицидов на окружающую среду.

Ключевые слова: пестициды, токсическое воздействие, сельское хозяйство, экологические проблемы, окружающая среда.

Сельское хозяйство — одна из основных отраслей экономики, которая является важным источником обеспечения населения продовольствием, а перерабатывающей промышленности — сырьём, а также мощным фактором воздействия на окружающую среду. По уровню антропогенной нагрузки данная отрасль, по оценкам учёных, находится среди лидеров. Значительный ущерб окружающей среде нанесли использование тяжёлой машинной техники, высокая концентрация производства, мелиорация и химизация земель.

Когда-то, благодаря изобретению пестицидов — синтетических химических веществ, которые стали применяться во всём мире в течение нескольких последних десятилетий для облегчения ухода за посевами и для повышения урожайности культур, в сельском хозяйстве был осуществлён значительный прорыв в решении продовольственных вопросов. Однако эти вещества сразу вошли в ряд высокотоксичных и начали сопровождаться соответствующей маркировкой: «Опасно для жизни!», «Опасно!», «Осторожно!»

Международная сеть действий против использования пестицидов (The International Pesticide Action Network) в 1998 впервые провозгласила 3 ​​декабря Международным днём борьбы против использования пестицидов (No Pesticides Use Day) с целью привлечь внимание к решению проблем, возникающих в результате производства и применения опасных химических веществ, чтобы защитить людей и окружающую среду от негативного воздействия пестицидов, а также в память о Бхопальской катастрофе.

Экологические риски в агроэкосистемах связаны с внесением пестицидов, средств защиты растений, системой обработки почвы. Под экологическим риском понимают вероятность наступления события, имеющего неблагоприятные последствия для природной среды. В отношении пестицидов это понятие можно трактовать как вероятность проявления их экологической опасности (прежде всего токсичности) в реальных условиях окружающей среды и регламента применения.

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].

С целью сократить использование пестицидов, в мире появилась практика обращения за помощью к природным средствам борьбы с вредителями. В частности, некоторыми сельскохозяйственными экономическими операторами привлекаются птицы и другие позвоночные, которые отпугивают вредителей и других инвазивных видов от сельскохозяйственных культур. Исследование, проведенное Мичиганским государственным университетом и появившееся в 2018 году в выпуске журнала «Agriculture, Ecosystems and Environmen», демонстрирует один из лучших примеров подобной практики.

По заявлению интеграционного биолога Мичиганского государственного университета Кэтрин Линдел, которая возглавляла исследование, «…позвоночные потребляют многочисленных вредителей сельскохозяйственных культур и уменьшают нанесённый ущерб окружающей среде» [1].

Например, Линделл и её аспирант ранее проводили исследование по привлечению в сады Мичигана большего количества пустельги, которая уничтожает насекомых. Установка гнездовых коробок в вишнёвых садах и на черничных полях привлекала мелких соколов — самой распространённой хищной птицы в США. Пернатые охотники потребляют множество видов, которые наносят ущерб урожаю, включая кузнечиков и грызунов. В вишнёвых садах пустельга значительно уменьшила обилие птиц, поедающих фрукты.

В Индонезии птицы и летучие мыши предоставляют многомиллионные услуги по профилактике вредителей. Так, на индонезийских плантациях какао в результате их «деятельности» было задокументировано увеличение урожайности почти на 300 долларов за акр [9]. На Ямайке птицы, употребляющие вредителя кофе, «экономили» примерно 18–126 долл. США за акр в год. В Испании, в результате постройки загородок возле рисовых полей, увеличилась популяция летучей мыши, что привело к сокращению количества вредителей [9].

В Новой Зеландии виноградарям удалось сохранить и увеличить популяцию новозеландского сокола, который был на грани вымирания, расселив их в низинных виноградных регионах. Таким образом, была сохранена популяция исчезающего вида и сохранены виноградники.

Эти исследования демонстрируют беспроигрышную ситуацию: увеличение числа нативных хищных птиц в сельскохозяйственных районах может помочь контролировать вредителей, которые наносят ущерб культурам, что потенциально снижает использование опасных пестицидов.

Освоение людьми районов, проживание или ведение сельского хозяйства обязательно оказывает воздействие на окружающую среду. Они варьируются от простого вытеснения диких растений в пользу культурных сортов до более масштабных воздействий, таких как сокращение биоразнообразия за счёт сокращения доступности продуктов питания для местных видов, которые могут распространяться через пищевые цепи; за счёт использование сельскохозяйственных химикатов, таких как удобрения, и увеличение этих воздействий. Хотя успехи в агрохимии несколько снизили эти негативные воздействия, например, путём замены стойких химических веществ теми, которые хорошо и быстро поддаются деградации, всё равно масштабы загрязнения остаются слишком огромными. Эти эффекты усиливаются за счёт использования устаревших химикатов и плохой практики управления.

Таким образом, использование пестицидов в сельском хозяйстве оказывает губительное воздействие на окружающую среду. Многие пестициды очень устойчивы и распространяются далеко от мест применения.

Общий эффект использования пестицидов — снижение видового разнообразия. Обычно пестициды также повышают продуктивность на нижних трофических уровнях и понижают на верхних.

Снизить уровень использования пестицидов позволяет, в частности, такая технология выращивания сельскохозяйственных культур, как гидропоника.

Литература:

1. Catherine Lindell, Rachael A. Eaton, Philip H. Howard, Steven M. Roels, M. E. Shave. Enhancing agricultural landscapes to increase crop pest reduction by vertebrates. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2018; 257: 1 DOI: 10.1016/j.agee.2018.01.028
2. Damalas, C. A.; Eleftherohorinos, I. G. Pesticide Exposure, Safety Issues, and Risk Assessment Indicators // International Journal of Environmental Research and Public Health. — 2011, № 8 (12). — Р.1402–1419. — [Electronic resource]. Access Mode: http://www.mdpi.com/1660–4601/8/5/1402
3. DANGERS OF PESTICIDES ON WILDLIFE ECOLOGY // Social Issues and Environmental Problems,Vol.3 (Iss.9:SE): Sep, 2015. — [Electronic resource]. Access Mode: http://granthaalayah.com/Articles/Vol3Iss9SE/89_IJRG15_S09_145.pdf
4. Effects of Herbicides and Pesticides on Aquatic Life // Dr. Darrin Lew «Plant Adaptation». — 19 May 2018. — [Electronic resource]. Access Mode: https://www.drdarrinlew.us/plant-adaptation/effects-of-herbicides-and-pesticides-on-aquatic-life.html
5. Environmental impacts of pesticides. — May 2016. — [Electronic resource]. Access Mode: https://www.slu.se/en/Collaborative-Centres-and-Projects/centre-for-chemical-pesticides-ckb1/information-about-pesticides-in-the-environment-/exposure-and-environmental-impact/
6. Fimrite Peter Suit says EPA fails to shield species from poisons // The San Francisco Chronicle. June 27, 2011. — [Electronic resource]. Access Mode: https://www.sfgate.com/green/article/Suit-says-EPA-fails-to-shield-species-from-poisons-2478117.php
7. Hackenberg D. Letter from David Hackenberg to American growers from March 14, 2007 // Plattform Imkerinnen — Austria, 2014. — [Electronic resource]. Access Mode: https://web.archive.org/web/20070614121809/http://www.imkerinnen.at/Hauptseite/Menues/News/Brief %20David %20Hackenberg %20307 %20engl.doc
8. Lamberth, C.; Jeanmart, S.; Luksch, T.; Plant, A. Current Challenges and Trends in the Discovery of Agrochemicals // Science, 2011, №. 341 (6147). — Р. 742–746. — [Electronic resource]. Access Mode: http://www.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.1237227
9. Nature can reduce pesticide use, environment impact // Michigan State University. — 01 March 2018. — [Electronic resource]. Access Mode: https://msutoday.msu.edu/news/2018/nature-can-reduce-pesticide-use-environment-impact/
10. Persistent Organic Pollutants: A Global Issue, A Global Response // U. S. Environmental Protection Agency. — [Electronic resource]. Access Mode: https://www.epa.gov/international-cooperation/persistent-organic-pollutants-global-issue-global-response
11. What Happens to Pesticides Released in the Environment? // National Pesticide Information Center — September 2017. — [Electronic resource]. Access Mode: http://npic.orst.edu/envir/efate.html
12. Wildlife and Pesticides // National Pesticide Information Center — May 2015. — [Electronic resource]. Access Mode: http://npic.orst.edu/envir/wildlife.html