История развития и классификация пестицидов

Во всем мире ведется постоянная борьба с насекомыми вредителями как в поле (полевые вредители), так и при хранении продукции (амбарные вредители).  Из известных в настоящее время методов борьбы с насекомыми¬ вредителями, таких как: химический метод (пестициды), физический метод (ионизирующее и др. излучения), биологический метод (энтомофаги), гормональный метод (ювенильные гормоны, половые гормоны) и др., основным и наиболее эффективным методом на протяжении многих лет продолжает оставаться химический метод. 

По данным ФАО, если не применять химический метод, то в первый же год население планеты потеряет половину всего продовольствия. Однако, применение пестицидов таит в себе опасность загрязнения окружающей среды и ухудшения продуктов питания по параметрам безопасности.
Потребность в применении веществ, отпугивающих или убивающих вредителей и возбудителей болезней растений, возникла в те давние времена, когда зародилось сельское хозяйство. Самым ранним упоминанием о применении таких веществ считают описание обряда «божественного и очищающего» окуривания серой в эпических поэмах «Илиада» и «Одиссей» древнегреческого поэта Гомера, жившего между IX и VIII вв. до н.э. Диоксид серы S02, образующийся при ее горении, отгоняет насекомых, убивает болезнетворных микробов. Советы по использованию различных веществ для борьбы с вредителями и болезнями растений приводили в своих трудах древнегреческие философы Демокрит и Плиний Старший.
     В XX веке появились синтетические пестициды, которые начали широко применяться с 1939 года, когда швейцарский химик Пауль Герман Мюллер (1899-1965 гг.) открыл инсектицидные свойства ДДТ (дихлордифенилтрихлорметилметан, по номенклатуре ИЮПАК 1,1,1-трихлор-2,2-ди (n-хлорфенилэтан). Применение этого хлорорганического пестицида спасло миллионы человеческих жизней. С его помощью уничтожали насекомых - переносчиков малярии, тифа, других опасных болезней. На обработанных местах «вредные» насекомые не появлялись длительное время.
     В 1948 году Мюллер был удостоен за свое открытие Нобелевской премии по физиологии и медицине. Негативное воздействие хлорорганических пестицидов на окружающую среду проявилось спустя несколько десятилетий их использования. Эти средства оказались очень устойчивыми, в окружающей среде они не разлагаются десятилетиями, плохо растворимы в воде. В то же время они надолго задерживаются в жировых тканях животных и человека, вызывая серьезные заболевания и даже гибель. Сейчас в большинстве стран мира, производство и использование хлорорганических пестицидов запрещено.
     У вредителей через несколько лет вырабатывается устойчивость к применяемому препарату. Пестицидами нового поколения являются вещества, полученные из природного материала (пестициды растительного и животного происхождения) или их синтетические аналоги. Например, пиретроиды - инсектицидные вещества, содержащиеся в пиретруме, ромашке. Перспективным является применение феромонов - веществ, выделяемых животными и служащих для передачи информации особям своего вида.
     Вместо пестицидов применяют репелленты - феромоны, отпугивающие насекомых, и аттрактанты - феромоны, привлекающие насекомых в ловушку. Эти вещества эффективны в небольших количествах, менее токсичны для человека, быстро разлагаются в природных условиях, не вызывают привыкания у вредителей.
     Сейчас в мире используется более 100 тыс. пестицидов на основе около 1000 химических соединений. В России используют до 500 различных средств борьбы с вредителями. Для систематизации и удобства использования эти вещества классифицируют. Существует несколько видов классификации пестицидов.       

  Пестициды – широкий термин для обозначения веществ (микроорганизмов, вирусов) и препаратов, применяемых для борьбы с вредителями и болезнями растений, сорными растениями, вредителями хранящейся сельскохозяйственной продукции, а также для регулирования роста растений, предуборочного удаления листьев и предуборочного подсушивания растений. По происхождению выделяют пестициды биологического и химического происхождения.

Биопестициды– пестициды, выделенные или произведенные из объектов природного происхождения (микроорганизмов, растений, животных и минералов). Для целей регулирования всю довольно неоднородную группу биопестицидов обычно разделяют на 3 категории:

1.            Микробиологические препараты на основе микроорганизмов (бактерий, рибов, вирусов и простейших) и продуктов их жизнедеятельности. Более чем 50% в этой группе составляют препараты на основе бактерии Bacillus thuringiensis.

2.            Препараты из растений, экстрактов из растений и прочих природных субстратов. Их пестицидное действие обусловлено наличием в них специфических  биологически активных веществ.

3.            Феромоны – препараты на основе природных соединений, не оказывающих токсического действия на вредные организмы, а влияющих только на их поведение. Обычно используются в виде приманок и ловушек для вредных насекомых. 

Иногда выделяют еще одну категорию биологических средств защиты растений - естественные хищники, антагонисты и конкуренты вредных организмов, которые, строго говоря, не относятся к пестицидам.

По сравнению с химическими пестицидами для биопестицидов, как правило, характерны высокая избирательность действия на вредные организмы, меньшая токсичность для нецелевых видов, отсутствие остаточных количеств в природных объектах.

Регистрация биопестицидов

Биопестициды, как и химические пестициды, подлежат регистрации в странах, где предполагается их обращение. Биопестициды вышеперечисленных трех категорий отличаются по своим свойствам, механизмам действия на организмы, поведению в окружающей не только от химических средств защиты растений, но и друг от друга. Поэтому при их регистрации требуются некоторые специфичные данные.
В Российской Федерации перечень необходимых для регистрации данных о биопестицидах (микробиологических препаратах) по их поведению в окружающей среде и экотоксикологии, приведен в приказе Минсельхоза России от 10 июля 2007 г. №357

Пестициды делятся по объектам применения, по способу проникновения в организм вредителя и по химическому составу действующего вещества. Из трех, применяемых в настоящее время, классов пестицидов: инсектициды, гербициды, фунгициды наибольшую опасность представляют именно инсектициды.  
В настоящее время нарастает новая угроза экологической катастрофы глобального масштаба, связанная с применением пестицидов. Но теперь она значительно более масштабна и связана с применением не одного, а огромной номенклатуры пестицидов .«Количество используемых пестицидов химического и биологического происхождения превышает 300 тыс. наименований. По многим из них нет данных об изменениях в результате био¬трансформации и дальнейших процессов метаболизма, равно как и об их влиянии на организм человека» предостерегает академик С.И. Сизенко в статье «Проблемы безопасности и качества сельскохозяйственного сырья и пищевых продуктов» (Труды научно¬-практической конференции «Качество и безопасность сельскохозяйственного сырья и пищевых продуктов» г. Углич, ВНИИМС,2004 г.»). Это весьма своевременное предостережение, поскольку уже сегодня каждый из нас ощущал недомогание, явно химико¬токсикологического происхождения, после употребления в пищу овощей, фруктов, ягод, или каких¬то других продуктов питания.      

 Непрерывно увеличивающееся число применяемых сегодня и не всегда до конца исследованных инсектицидов, а так же способы их применения, неизбежно ведут к ситуации, когда человечество окажется в центре случайного эксперимента по действию синтетических химических веществ на человека, печальный исход которого, будет известен только последующим поколениям. К сожалению, знания об опасности химических веществ во внешней среде обитания человека, в том числе и генетической, пока ничтожны.  Предотвратить катастрофические последствия применения возрастающего числа инсектицидов возможно только незамедлительным изменением существующей стратегии следующей: (Определение одного или нескольких наиболее эффективных и универсальных инсектицидов. Механизм внешнего и внутреннего массопереносов. Механизмы воздействия на живые организмы )

Классификация пестицидов

По способности пестицидов проникать в организм вредителей, по характеру и механизму действия                                                                                                    

Рассмотрим наиболее распространенные виды пестицидов. В зависимости от характера действия возбудителей заболеваний растений фунгициды разделяют на защитные (профилактические) и лечебные. По характеру размещения фунгицидов относительно растения они классифицируются как контактные и системные (внутрирастительные). Контактные не проникают в растения и действуют на возбудителей болезней, которые находятся на поверхности. Системные усваиваются растениями, переносятся в них и предупреждают заражения или уничтожают возбудителей болезней, которые уже проникли в растение.
По химическому составу гербициды делятся на неорганические и органические, а по характеру действия на культурные растения – на вещества выборочного (селективного) и сплошного (общего) действия. По способу действия (характеру повреждения) гербициды относят к контактным и системным. По способу применения гербициды делят на грунтовые (те, которые вносятся в почву к севу или до всходов культурных растений) и гербициды, используемые в период вегетации культурных растений. Кроме пестицидов, предметом исследования ученых является использование в защите растений синтезированных биологически активных веществ, которые объединяются в следующие группы: 

По объектам применения
в некоторой степени условна, так как многие из пестицидов имеют универсальное действие и поражают насекомых и клещей (Би-58 новый), насекомых и нематод (фурадан), насекомых, клещей, возбудителей болезней (ДНОКа, препараты серы) , поэтому их называют инсектоакарицидами, акарофунгицидами т.д. Значительное количество пестицидов проявляет одновременно кишечное, контактное и фумигационное действие, а относится к той группе, где вещество проявляет наибольшую активность, поэтому классификация по способу проникновения пестицидов в организм вредителей тоже не является четко определенной.

По химическому составу действующего вещества пестициды делятся на три основные группы:
■ неорганические соединения (соединения меди, серы, фтора, ртути и другие.);                                                                           
■ пестициды растительного, бактериального и грибкового происхождения (пиретрины, антибиотики, фитонциды бактериальные и грибковые препараты);                                                                                                                                                ■ органические соединения – большая группа искусственно синтезированных пестицидов (Пиретроиды) с высокой биологической активностью.
 По химическому строению
В зависимости от химического строения вещества относят к определенному химическому классу. В перечень пестицидов, которые прошли государственную регистрацию, входят соединения более 20 химических классов:
■ сера и ее препараты;
■ медьсодержащие соединения и другие неорганические металлсодержащие соединения;
■ циановые и родановые соединения;
■ производные сульфокислот;
■ фторсодержащие (флуорсодержащие) соединения;
■ синтетические пиретроиды;
■ органические металлсодержащие соединения;
■ углеводороды и их производные;                                                                            
■ альдегиды и их производные;
■ кетоны и их производные;
■ карбоновые кислоты и их производные;
■ производные карбаминовой, тио- и дитиокарбаминовой кислот;
■ галоидозамещенные анилиды карбоновых кислот;
■ производные мочевины, гуанидина и других аминосоединений;
■ производные урацила;
■ гетероциклические соединения;
■ нитро- и галоидопроизводные фенола;  
■ фосфорорганические соединения;                                                                                                      

 ■ хлорорганические соединения;

  ■ ртутьорганические соединения;      

 Фосфорорганические соединения — это инсектоакарициды, они воздействуют на всех насекомых, в том числе и клещей. Обладают контактно-кишечным и системным действием. Слабо воздействуют на яйца вредителей, сильнее — на личинки и взрослые особи.

Это яды нервно-паралитического действия.  

 Хлорорганические соединения ещё опаснее. Высокотоксичные и биологически активные, они устойчивы в окружающей среде и живых организмах и обладают способностью накапливаться в пищевых цепях. Продукты их распада или трансформации, более стабильные, чем исходные пестициды, тоже сохраняют высокую токсичность. Примеры хлорорганических пестицидов — печально известный ДДТ (n,n-дихлордифенилтрих лорэтан) и хлорпроизводные диоксина. Отдельные представители этого класса веществ — сильнейшие яды, в десятки тысяч раз токсичнее цианистого калия.
 По принципу действия на организмы
Различают пестициды сплошного (общеуничтожающего) действия ,уничтожают и сорняки, и культурные растения) и выборочного (селективного) действия (гербициды выборочного действия уничтожают сорняки, но не вредят культурным растениям).
 По спектру действия
Пестициды бывают узкого спектра действия (например, гербициды, которые уничтожают только отдельные виды или группы сорняков) и широкого спектра действия (например, гербициды, которые уничтожают сорняки разных видов или групп).
 Инсектициды химического синтеза
Синтетические пиретроиды оказывают контактно-кишечное воздействие на насекомых, когда те питаются растениями. Препараты воздействуют на нервную систему насекомых, вызывая паралич и гибель. Пиретроиды обладают высокой первоначальной токсичностью практически для всех насекомых.В чистом виде действующее вещество не может в полной мере проявить свои возможности пестицида, поэтому для повышения его эффективности готовят препаративные формы пестицидов. На эффективность действия пестицида кроме действующего вещества и препаративной формы влияют также факторы окружающей среды, физиологическое состояние вредного организма, культуры, к которым применяется пестицид, и качество проведения мероприятия.

Формы выпуска пестицидов.

■ Порошки (дусты) для опыления и окуривания;

■ гранулированные  препараты для обработки растений и внесения в почву;

■ растворы в воде и в органических растворителях (в том числе растворы для ультрамалообъемного опрыскивания, используемые для обработки растений;

■ смачивающиеся порошки, используемые в виде водной суспензии для опрыскивания;

■ концентраты эмульсий, при разбавлении водой образующие эмульсии для опрыскивания;

■ пасты и водные суспензии;

■ аэрозоли и фумиганты;

■ другие формы - антисептические и инсектицидные мыла, краски, лаки, мази, мастики, воска, инсектицидные карандаши, инсектицидная и бактерицидная бумага, различные приманки ;

 Эффективность пестицидов
Эффективность пестицидов зависит от многих условий:
■ правильного выбора типа препарата и его дозы;
■ климатических и грунтовых условий (так, действие гербицидов усиливается на плодородных и хорошо увлажненных грунтах, а на сухих и бедных грунтах снижается);
■ правильного выбора сроков обработки;
■ проведения профилактических обработок, предотвращающих первичное заражение, или при первых же признаках заражения.
  Обработку производят утром или вечером в безветренную погоду. Максимальный эффект действия гербицидов наблюдается при температуре 16-22°С;
Способы применения пестицидов
■ Опрыскивание обеспечивает равномерное распределение биоцида при малых затратах препарата. Возможно использование комбинированных препаратов. При этом способе применения за пределы обрабатываемого участка попадает наименьшее количество препарата.
■  Опыление является простым и высокопродуктивным способом, но расход препарата больший, чем при опрыскивании. Недостатком является то, что за пределы обрабатываемого участка может разноситься ветром 50-90% препарата.
 ■ Предпосевная обработка - протравливание семян.
 ■ Внесение в грунт или на его поверхность жидких, гранулированных или порошкообразных препаратов.
 ■ Использование отравленных приманок.
 ■ Фумигация - специальный способ химической обработки газообразными веществами помещений, грузов, продуктов.
 

 Влияние пестицидов на экосистемы и здоровье человека
Систематическое использование стойких высокотоксичных пестицидов, особенно в чрезмерном количестве, отрицательно влияет на экосистемы и здоровье человека. Пестициды угнетают биологическую активность грунтов, уничтожают полезные микроорганизмы, червей, уменьшают естественную плодородность. Загрязнение окружающей среды ядохимикатами приводит к уничтожению полезных насекомых (в том числе насекомых-опылителей), птиц, рыбы, животных, отравлению людей непосредственно пестицидами или продуктами, в которых они накапливаются. Все пестициды относятся к ядам широкого спектра действия; попадая в организм человека и теплокровных животных даже в очень малом количестве, они способны вызывать нарушения деятельности центральной нервной системы и жизненно важных органов. Вызывают аллергии, появление доброкачественных и злокачественных опухолей, хромосомных аномалий, которые могут проявиться даже через несколько поколений, нарушают развитие плода во время беременности. Ежегодно в мире около миллиона человек подвергаются отравлению пестицидами.
Классификация пестицидов по персистентности
Персистентность пестицидов - продолжительность сохранения ими биологической активности в природной среде (почве, атмосфере, гидросфере и т.д.).
1 группа - сохраняют активность более 18 месяцев;
2 группа - 18 месяцев;
3 группа - 12 месяцев;
4 группа - 6 месяцев;                                                                                           
5 группа - 3 месяца;
6 группа - менее 3 месяцев
 Гигиенические требования к пестицидам:
■ малая токсичность для теплокровных животных и человека;
■ выборочность действия (гербициды, уничтожающие сорняки, не должны вредить культурным растениям; инсектициды должны быть безвредными для растений);
■ отсутствие патологических эффектов действия на организм человека (мутагенность, канцерогенность, аллергенность, эмбриотоксичность и т.д.);
■ отсутствие резко выраженной способности накапливаться в окружающей среде;
■ способность распадаться в природных условиях на нетоксичные компоненты на протяжении двух вегетационных периодов и меньше.
Правила работы с пестицидами
При работе с пестицидами следует строго соблюдать правила техники безопасности и выполнять следующие требования:
■ не допускать к работе с ядохимикатами детей;
■ хранить ядохимикаты необходимо в закрытой заводской упаковке, в помещении без резких колебаний температур, в местах, недоступных для детей и домашних животных, далеко от продуктов питания, кормов для животных, далеко от источников огня;
■ работы с ядохимикатами выполнять в спецодежде из плотной пыленепроницаемой ткани, головном уборе, резиновых сапогах и рукавицах, респираторе, защитных очках;
■ во время работы соблюдать правила личной гигиены, не допуская контакта яда с любой частью тела. На месте работ не употреблять пищу, не курить, часто мыть руки с мылом;
■ использовать препарат в такой концентрации, вносить в те сроки, с таким интервалом, как указано в инструкции по применению препарата;
■ продолжительность работ с ядохимикатами  не должна  превышать 6 часов, с сильнодействующими - 4 часа;
■ не допускать попадания препарата или его упаковки в водоемы;
■ по окончании работ хорошо выбить, вычистить одежду, прополоскать рот, принять душ, сменить одежду;
■ предотвращать нахождение людей и животных, сбор продуктов в местах применения препарата в течение срока, указанного в инструкции к препарату.
 Первая помощь при попадании препарата:
■ на кожу: смыть большим количеством воды с мылом;
■ в глаза: промывать большим количеством воды не менее 15 минут, обратиться к врачу;
■ в желудок: промыть желудок, принять активированный уголь, обратиться к врачу.
 Обновление пестицидов
 Арсенал пестицидов приходится все время обновлять по двум причинам. Во-первых, постоянно синтезируются новые препараты, более безопасные для людей и окружающей среды. Во-вторых, вредители достаточно быстро привыкают к препарату, и после нескольких обработок он теряет свою эффективность. Дело в том, что выживают самые невосприимчивые к пестициду особи, которые дают такое же устойчивое к препарату потомство. В результате происходит «взрыв» численности вредителей.
     Сопротивляемость вида к ядам зависит от скорости смены поколений, в ходе которых благодаря естественному отбору происходят генетические перестройки и вид относительно адаптируется. Сейчас в мире насчитывают более 500 видов насекомых - вредителей сельского хозяйства, устойчивых хотя бы к одному из пестицидов; 150 видов болезнетворных грибков и микроорганизмов обладают сопротивляемостью к химическим средствам воздействия; свыше 50 видов сорняков устойчивы хотя бы к одному из применяемых гербицидов; 14 видов насекомых выработали устойчивость ко всем новым инсектицидам.
     Перспективными являются высокоспецифические биоциды - половые аттрактанты, репелленты, хемостерилизаторы. Наиболее эффективной    является комплексная система защиты  растений.
Она включает:
■ использование наиболее экологически чистых пестицидов;
■ биологические методы борьбы с вредителями, использование их естественных врагов (в том числе феромонов насекомых, или самих насекомых-энтомофагов);
■ выведение генетически устойчивых к вредителям сортов сельскохозяйственных культур;
■ разработку и внедрение новых интенсивных технологий выращивания сельскохозяйственных культур (здоровое, крепкое растение менее подвержено заболеваниям).
Люди не могут отказаться от применения химии в сельском хозяйстве - слишком велики будут потери урожая. Однако использовать эти опасные вещества необходимо разумно и только в тех случаях, когда без них действительно нельзя обойтись. Пестициды следует применять строго по назначению, в минимально необходимом количестве и лишь там, где химические средства защиты нельзя заменить биологическими методами. Иначе из помощника пестициды превратятся в коварного врага.
Необходимо также учитывать способность вредителей вырабатывать устойчивость к пестицидам, это происходит при постоянном использовании одно и того же препарата. Чтобы избежать таких последствий применения пестицидов, необходимо регулярно чередовать препараты одного и того же назначения.