Экологически важные свойства пестицидов

К важным с экологической точки зрения свойствам пестицидов относятся их токсичность, устойчивость к разложению и специфичность.

Токсичность.

Токсичность вещества в отношении конкретного вида обычно измеряется 50%- ной летальной дозой (ЛД50). Это такое количество пестицида (в пересчете на особь), которое убивает половину обработанной подопытной популяции.

В полевых условиях, где на организмы действуют дополнительные стрессы и применяются более высокие дозы пестицидов, смертность видов-мишеней бывает выше, но, по определению, отдельные организмы выживают. Впрочем, задача их полного искоренения обычно не ставится: важно снизить ущерб до приемлемого уровня, который определяется в основном экономическими соображениями.

К сожалению, такое выживание создает основу для отбора на резистентность (устойчивость) к данному агенту, и у видов с коротким жизненным циклом, например насекомых, быстро появляются популяции, против которых эффективные прежде пестициды оказываются бессильными.

Стойкость

.

Этот показатель определяется временем сохранения вещества в экосистеме, в том числе в ее биотическом компоненте, до разрушения, приводящего к потере пестицидных свойств. Пример крайне стойкого ядохимиката — хлорорганический агент ДДТ, который широко применялся с 1940-х по 1960-е годы.

Обычно высокая стойкость пестицидов нежелательна (особенно на продовольственных культурах), однако в ряде ситуаций, скажем, при борьбе с эктопаразитами животных или почвенными патогенами, она важна с практической и экономической точек зрения. Однако долгое присутствие в окружающей среде ядохимиката может приводить к непредсказуемым и потенциально опасным последствиям.

Например, в середине 1960-х гг. ДДТ был обнаружен в печени пингвинов в Антарктике — очень далеко от тех мест, где применялся этот химикат. Токсичность и стойкость с практической точки зрения взаимосвязаны: сильнодействующий, но короткоживущий агент в долгосрочной перспективе бывает менее вредным для природы и людей, чем слабый, но годами сохраняющий свои свойства яд.

У последнего больше шансов проникнуть в пищевые цепи, где может произойти его метаболизация до еще более опасной формы или (типичный вариант) концентрирование в организмах хищников верхних трофических уровней (см. вопрос 10.21). Пестицидное отравление губительно действует на многих плотоядных, особенно птиц. Например, сокол сапсан полностью исчез на востоке США в результате применения там ДДТ.

Птицы особенно чувствительны к этому ядохимикату, поскольку он индуцирует гормональные изменения, влияющие на метаболизм кальция, а это приводит к истончению скорлупы откладываемых яиц, которые в большом количестве начинают биться даже при простом насиживании.

ДДТ сейчас запрещен в наиболее развитых странах, включая Британию и США. Однако он сравнительно дешев и до сих пор считается хорошим средством в определенных ситуациях, например при борьбе с малярийными комарами. Решая вопрос о применении того или иного пестицида, часто приходится из двух зол выбирать меньшее. Скажем, с помощью ДДТ во многих странах удалось полностью искоренить малярию.

Специфичность.

Пестициды различаются по своей специфичности, т. е. по диапазону поражаемых ими организмов. ДДТ, например, характеризуется широким спектром действия, убивая многие виды животных. У пиримикарба спектр действия намного уже — он действует на тлей и двукрылых, но не влияет на жуков и многих других насекомых.

Аналогичным образом, далапон губит однодольные растения, но щадит двудольные, а гербициды на основе феноксиуксусной кислоты характеризуются прямо противоположным действием. Применение пестицидов широкого спектра действия чревато «возрождением» вредителей, т. е. появлением их после обработки в большем, чем до нее, количестве.

Это обусловлено тем, что препарат убивает не только вредителей, но и хищников, уничтожавших их. Хороший пример такого рода — использование ДДТ для борьбы с гусеницами репной белянки, или просто репницы (Pieris rapae), паразитирующей на брюссельской капусте.

Сначала обработки ДДТ давали заметный эффект, но постепенно обилие вредителей стало даже выше, чем на контрольных (неопрыскиваемых) участках (рис. 10.31). Разница была даже более выраженной при повторных применениях ДДТ для «подавления» новых вспышек численности вредителя.

Анализ агроэкосистемы показал, что концентрация пестицида в листьях, которые объедают гусеницы, быстро снижается за счет общего роста зеленых частей капусты. Однако уровень ядохимиката в почве остается высоким, особенно если в нее запахиваются послеуборочные остатки растений.

В результате гусеницы, вылупляющиеся из яиц, отложенных на листья после обработки, страдают слабо, зато численность их главных врагов — жужелиц (Harpalus rufipes) и сенокосцев (Phalangium opilio) — снижается. Меньше страдая от хищников, вредители существенно повышают свои шансы на выживание, что не компенсируется даже ядохимикатом.

Дальнейшее его применение только ухудшает ситуацию (рис. 10.31). Зачастую хищники страдают от пестицидов сильнее, чем вредители-фитофаги. Все дело в том, что численность популяции хищников изначально бывает меньшей, и следовательно, хищники более уязвимы и медленнее восстанавливают свою численность после поражения.

Экологически важные свойства пестицидов
10.21. На рис. 10.32 показаны концентрации ДДТ на различных трофических уровнях пищевой цепи (данные получены в США). 

а) Если концентрация ДДТ в воде, окружающей водоросли, составляет 0,02 млн4, то каков коэффициент концентрирования этого вещества при переходе его в состав: 

1) продуцентов; 
2) мелкой рыбы; 
3) крупной рыбы; 
4) верховных хищников? 

б) Какие выводы можно сделать из ответов на вопрос а)? в) На каком трофическом уровне: 

1) может сильнее всего действовать ДДТ; 
2) легче всего обнаружить ДДТ; 
3) находятся насекомые -вредители урожая (типичная мишень для ДДТ)? 

г) Каким образом ДДТ может попасть в антарктических пингвинов? 

д) КлирЛейк - крупное озеро в Калифорнии, используемое в рекреационных целях, в частности рыболовами-любителями. Нарушение этой природной экосистемы эвтрофикацией (обогащением воды биогенными элементами; разд. 10.8.2) привело к увеличению в сороковых годах XX в. популяции кровососущих двукрылых - мокрецов; для борьбы с ними в 1949, 1954 и 1957 гг. провели опрыскивание ДДД (близким к ДДТ пестицидом). 

Первая и вторая обработки привели к гибели около 99% мокрецов, но их численность быстро восстанавливалась, а третья обработка практически не дала никакого эффекта. 

Анализ мелкой рыбы в озере показал, что содержание ДДД в ее мышцах (потребляемых людьми) составляет 1-200 млн4, а в жировой ткани - 40-2500 млн-1. Размножавшаяся там популяция западноамериканской поганки погибла, и в жировой ткани этих рыбоядных птиц был обнаружен ДДД в концентрации 1600 млн-1. 

1) Почему с помощью ДДД не удалось истребить мокрецов, а после третьей обработки их численность быстро восстановилась? 

2) Согласно наблюдениям, многие животные погибают от отравления ДДТ в периоды недостатка корма. 
Исходя из приведенных выше данных, объясните, почему так происходит.

е) В Великобритании зимы 1946-1947и 1962-1963 гг. были особенно суровыми. Смертность птиц в обоих случаях была высока, но во втором гораздо выше, чем в первом. Учитывая приведенную выше информацию о ДДТ, объясните такую разницу.
Экологически важные свойства пестицидов

Долговременные эффекты пестицидов, особенно в низких дозах, и возможный синергизм их с другими загрязнителями среды и переносчиками болезней, изучены слабо в связи с относительной новизной большинства ядохимикатов.

Растут опасения, что «безвредные» следы их метаболитов, сохраняющиеся в пище, хотя и не оказывают токсического, а тем более летального действия, могут тем не менее снижать сопротивляемость болезням и постепенно накапливаться в организме до опасного уровня.

Многие ученые связывают наличие остатков пестицидов в Северном море с быстрым распространением вирусных болезней в популяции обыкновенного тюленя летом 1988 г.

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

Влияние их на редуценты плохо изучено; последствия всех этих изменений для круговорота веществ и плодородия почвы тоже требуют дальнейшего изучения. На рис. 10.33 обобщены основные пути воздействия пестицидов на экосистемы.

Подумайте, какие изменения возникают в экосистемах в результате применения пестицидов. Описанные выше проблемы, особенно развитие у видов-мишеней резистентности, «возрождение» популяций вредителей и опасность ядохимикатов для здоровья человека, привели к усиленному поиску альтернативных стратегий борьбы с вредными организмами.

Ниже мы коротко охарактеризуем две из них: биологическую и комплексную борьбу. Последняя подразумевает более «точечные» пестицидные обработки в сочетании с биологическими методами, карантином и т. п.

Литература. Биология : в 3 т. Т. 1 / Д. Тейлор, Н. Грин, У. Стаут ; под ред. Р. Сопера

AOF | 13.01.2021 18:37:59