ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК, 2015, том 85, № 2, с. 152-154
ПРОБЛЕМЫ ^^ ЭКОЛОГИИ
Б01: 10.7868/8086958731502005Х
Авторы статьи представляют вниманию читателей концепцию нового научного направления — агрогеохимии стойких пестицидов, в рамках которого изучаются особенности миграции и аккумуляции данных веществ в различных экологических цепях. Получаемые при этом знания позволят добиться стабильного снижения негативного воздействия стойких пестицидов на человека.
АГРОГЕОХИМИЯ СТОЙКИХ ПЕСТИЦИДОВ
Р.В. Галиулин, В.Н. Башкин, Р.А. Галиулина
К числу стойких пестицидов относятся ДДТ (дихлордифенилтрихлорметилметан), ГХЦГ (гекса-хлорциклогексан) и др., характеризующиеся чрезвычайно длительным периодом практически полного разложения в почве (Т99) как основном их депо в агроландшафтах. Расчёты, выполненные по экспоненциальной зависимости с использованием данных [1, 2], показали, что значения Т99 остатков ДДТ и ГХЦГ в почвах лесной, лесостепной и степной зон находятся в пределах 22— 152 года, а в почвах зон сухих степей и полупустынь — 14—142 года. Под остатками ДДТ подразумеваются само исходное соединение и не менее стойкие продукты начального этапа его разложения — ДДЭ (дихлордифенилдихлорэтилен) и ДДД (дихлордифенилдихлорметилметан), происходящего путём реакции дегидрохлорирования и дехлорирования соответственно. Пестицид ГХЦГ обнаруживается в почве в виде смеси его изомеров (а-, р-, у-, 5- и др.), при этом наиболее характерной начальной реакцией для этого вещества является переход у-изомера в а-изомер в результате образования внутримолекулярного мостика.
Известно, что в прошлом ДДТ и ГХЦГ в значительных количествах применялись в сельском хозяйстве в качестве инсектицидов. Так, ДДТ за более чем 50 лет было использовано свыше 5 млн. т
[3]. После запрещения ДДТ в большинстве стран мира с 1970 г. и резкого сокращения применения ГХЦГ с 1986 г. место их наиболее интенсивного использования (из-за низкой стоимости и достаточной эффективности) переместилось в развивающиеся страны Азии, Африки и Латинской Америки [4].
ДДТ, ГХЦГ и другие стойкие пестициды до сих пор обнаруживаются в почвах агроландшафтов, поэтому необходимо было сформировать новое научное направление — агрогеохимию стойких пестицидов, в рамках которого должны изучаться особенности миграции и аккумуляции этих соединений в различных экологических цепях (почва—вода—человек, почва—вода—растение-человек, почва—вода—растение (фураж)-домаш-нее животное-человек) в целях стабильного снижения их негативного воздействия на человека. Данные пестициды, поступая в организм, могут вызывать злокачественные новообразования, приводить к спонтанным абортам, мертворожде-ниям, врождённым уродствам и другим патологиям [5].
Чрезвычайно длительный период практически полного разложения рассматриваемых пестицидов в почве определяется следующими факторами: необычностью структуры их молекул для
ГАЛИУЛИН Рауф Валиевич — доктор географических наук, ведущий научный сотрудник Института фундаментальных проблем биологии РАН. БАШКИН Владимир Николаевич — доктор биологических наук, главный научный сотрудник Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН. ГАЛИУЛИНА Роза Адха-мовна — научный сотрудник Института фундаментальных проблем биологии РАН. galiulin-rauf@rambler.ru; укс!тп±жЬЫп@гат-b1er.ru; rosa_g@ramb1er.ru
АГРОГЕОХИМИЯ СТОЙКИХ ПЕСТИЦИДОВ
153
микроорганизмов, участвующих в ремедиации загрязнённой почвы; отсутствием оптимальных для этого процесса значений температуры, влажности, содержания питательных веществ, аэрации, окислительно-восстановительного потенциала (ЕЙ) и кислотности (рН) почвы. Всё это в целом явилось причиной образования импакт-ных зон накопления пестицидов в местах их непосредственного использования в прошлом — агроландшафтах, до сих пор характеризующихся аномально высоким по сравнению с фоновым содержанием этих веществ в почве.
Риск загрязнения почвы агроландшафтов пестицидами состоит в том, что данные вещества могут поступать из неё в воду и культурные растения (2—18% и 35—70% соответственно) [5]. Результаты полевых наблюдений показали, что коэффициент аккумуляции (отношение содержания вещества в корнях растений к содержанию в почве), например, для ДДТ может достигать 11 единиц [6]. Этот показатель должен быть выше для тех видов растений, в процессе жизнедеятельности которых используется большое количество почвенной влаги.
Контроль миграции и аккумуляции пестицидов в экологических цепях осуществляется с помощью ПДК (предельно допустимой концентрации). Так, ПДК остатков ДДТ в почве (так же, как и ГХЦГ) составляет 0.1 мг/кг. Эта норма была определена на основе так называемого фитоакку-муляционного (транслокационного) показателя вредности, характеризующего процесс миграции вещества из почвы в культурные растения, накопление его в фитомассе и дальнейшее попадание в организм человека с пищей растительного и животного происхождения. Но даже при содержании ДДТ и ГХЦГ в продуктах питания ниже гигиенических нормативов существует риск их воздействия на человека в связи с их кумулятивным эффектом (накопление веществ в организме при многократном поступлении относительно небольших их количеств), что приводит к хронической интоксикации, нередко заканчивающейся, например, злокачественными новообразованиями. Как известно, ДДТ характеризуется сверхкумуляцией, то есть коэффициент кумуляции (Ккум) < 1, а ГХЦГ — выраженной кумуляцией Ккум = 1. ПДК ДДТ в воде составляет 0.1 мг/л, ГХЦГ — 0.02 мг/л. Они установлены по санитар-но-токсикологическому и органолептическому показателям вредности, которые отражают соответственно эффект воздействия вещества на человека при их поступлении из почвы в организм с водой и изменение вкуса, цвета или запаха самой воды.
Ещё больший риск представляет загрязнение экологических цепей другими стойкими пестицидами — инсектицидом гептахлором и протравителем семян гексахлорбензолом. ПДК гепта-
хлора в почве, установленная по фитоаккумуля-ционному показателю вредности, составляет 0.05 мг/кг, а ОДК (ориентировочно допустимая концентрация) гексахлорбензола в почве, установленная расчётным путём, равна 0.03 мг/кг. ПДК гептахлора и гексахлорбензола в воде имеют одинаковое значение — 0.05 мг/л (установлена по санитарно-токсикологическому показателю вредности), при этом гептахлор имеет Ккум = 1, а гекса-хлорбензол — Ккум < 1.
После запрещения ДДТ в большинстве стран мира и резкого сокращения применения ГХЦГ прошёл не один десяток лет, однако проблема миграции и аккумуляции этих пестицидов в экологических цепях остаётся чрезвычайно актуальной [4]. Исследования, проведённые в одном из районов Пензенской области, показали, что остатки ДДТ и ГХЦГ обнаруживались в пробах почвы, картофеля, яблок, молока и мяса, а также грудного молока [1], при этом показатели для грудного и обычного молока были почти одинаковы. Известно, что пестициды, обладая выраженным сродством к липидам и липоидам (жирам и жиро-подобным веществам), аккумулируются в большом количестве в богатых ими продуктах животного происхождения, поэтому основным путём поступления пестицидов в организм человека являются жиросодержащие пищевые продукты (куриные яйца, масло, жирное мясо и др.) [5, 7].
По результатам мониторинга ряда водных экосистем Армении (реки, оз. Севан) было установлено присутствие различных стойких пестицидов в воде. В частности, в воде р. Арпа, дренирующей сельскохозяйственные территории, обнаруживались не только ДДТ, ДДЭ, ДДД, ГХЦГ, но и другие вещества в виде гептахлора и гексахлорбензола
[8]. Пестициды выявлялись также в пробах куриных яиц, мяса, молока и сыра, получаемых в фермерских хозяйствах различных районов Армении
[9], что свидетельствует о миграции этих веществ по экологической цепи и аккумуляции в отдельных её звеньях. Более поздние исследования [10] показали наличие ДДТ, ДДЭ, ДДД и у-изомера ГХЦГ в почве сельскохозяйственных угодий и воде р. Касах. Те же соединения, за исключением ДДД, определялись не только в растительной продукции (картофеле и яблоках), но и в грудном молоке. В Архангельской области остаточные количества ДДТ и ГХЦГ были обнаружены в целом ряде продуктов растительного и животного происхождения как местного производства, так и из других регионов [11].
Стойкие пестициды, накапливаясь в организме, приводят к хронической политропной интоксикации с преимущественным поражением отдельных органов и систем [5]. Если даже определяемые концентрации, например, ДДТ в жировых тканях, сами по себе не вызывают тревоги, то всегда есть опасность, что в случае голодания, лечения ожи-
154
ГАЛИУЛИН и др.
рения и при беременности расщепляться будет лишь депонированный жир, но отнюдь не ДДТ, который может попасть в систему кровообращения и поражать отдельные органы [12]. Сравнительные патологоанатомические исследования показали, что содержание остатков ДДТ в поражённом органе было в 2—3 раза больше, чем в непоражённом [5]. Пестициды, попадая в организм человека, могут способствовать, к примеру, развитию рака молочной железы, так как они выводятся из организма женщины в основном с грудным молоком, что позволяет предположить возможность прямого их воздействия на протоковые и другие клетки тканей молочной железы [13].
Практические задачи агрогеохимии стойких пестицидов связаны главным образом с разработкой системы ремедиационных и профилактических мер, способствующих стабильному снижению негативного воздействия данных веществ на человека через различные экологические цепи, к числу которых можно отнести:
• районирование почвенного покрова агро-ландшафтов с целью выделения наиболее загрязнённых пестицидами участков по результатам анализа этих веществ в почве; в качестве критерия районирования используют ПДК веществ для почвы или показатель их аномально повышенного содержания относительно фоновых количеств, при этом районирование должно идти путём создания карт крупного масштаба (1 : 200 тыс. и крупнее) для отдельных хозяйств и полей и карт среднего масштаба (мельче 1 : 200 тыс. до 1 : 1 млн. включительно) для отдельных районов, областей и краёв пос
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.