Введение

Почва является основным источником обеспечения сельскохозяйственных культур питательными веществами. Однако в современных условиях непрерывной интенсификации сельскохозяйственного производства для ежегодного выращивания высоких урожаев с продукцией хорошего качества довольно часто оказывается недостаточным то количество питательных веществ, которое поступает в растения из органического вещества и труднорастворимых минеральных соединений почвы в результате деятельности микроорганизмов и корневой системы растений. Особенно это относится к Нечерноземной зоне, где дерново-подзолистые почвы с низким уровнем окультуренности занимают около 51% площади. Для почв этой зоны характерно, как правило, временное или длительное избыточное увлажнение. Преобладающими неблагоприятными признаками дерново-подзолистых почв являются плохие физически свойства, повышенная кислотность (рН в КС1 меньше 5) и низкое содержание органического вещества - от 1 до 2,5%. Для них характерна также слабая обеспеченность элементами минерального питания для растений - азоты, фосфора и калия, многих микроэлементов; нередко (в разновидностях легкого механического состава) невелико содержание также магния и кальция.

Почвы Нечерноземной зоны, особенно подзолистые, остро нуждаются в известковании и систематическом внесении минеральных удобрений. В связи с этим для сельского хозяйства зоны предусмотрено поставить 120 млн. Т минеральных удобрений в стандартных туках. Таким образом, на гектар пашни придется 126 кг питательных веществ.

1. Применение и значение пестицидов

Пестициды -- это химические или биологические препараты, используемые для борьбы с вредителями и болезнями растений, сорными растениями, вредителями хранящейся сельскохозяйствен-ной продукции, бытовыми вредителями и внешними паразитами животных, а также для регулирования роста, предуборочного удаления листьев (дефолианты), предуборочного подсушивания растений (десиканты). Действующее вещество пестицида -- биологически ак-тивная его часть, использование которой приводит к воздействию на тот или иной вид вредного организма или на рост и развитие растений.

Классификация пестицидов. В настоящее время в зависимости от назначения, химической природы и патогенных свойств для тепло-кровных и человека принято несколько классификаций пестицидов: химическая, производственная, гигиеническая.

По химической структуре различают пестициды: хлорорганические, фосфорорганические, ртутьорганические, мышьяксодержащие, производные мочевины, цианистые соединения, производные карбаминовой, тио- и дитиокарбаминовой кислот, препараты меди, производные фенола, серы и ее соединений.

В зависимости от производственных целей и объекта воздействия (сорная растительность, вредные насекомые, теплокровные живот-ные) и химической природы пестициды подразделяются на акарициды -- для борьбы с клещами; альгициды -- для уничтожения водорослей и другой водной растительности; антисептики -- для пре-дохранения неметаллических материалов от разрушения микроорга-низмами; бактерициды -- для борьбы с бактериями и бактериальны-ми болезнями растений; зооциды (или родентициды) -- для борьбы с грызунами; инсектициды -- для борьбы с вредными насекомыми (эфициды -- препараты для борьбы с тлей); лимациды (моллюскоциды) -- для борьбы с различными моллюсками; нематоциды -- для борьбы с круглыми червями; фунгициды -- для борьбы с болезнями растений под влиянием различных паразитирующих грибов.

К пестицидам относятся дефолианты -- средства для удаления листьев, десиканты -- препараты для высушивания листьев на кор-ню, дефлоранты -- вещества для удаления излишних цветов, герби-циды -- для уничтожения сорной растительности. В сельскохозяй-ственной практике применяются как обще истребительные гербици-ды, уничтожающие все растения на обрабатываемой площади, так и избирательные, губительно действующие только на сорную расти-тельность. К пестицидам относят также химические вещества для отпугивания насекомых, грызунов и других животных (репеллен-ты), привлечения насекомых с последующим их уничтожением (аттрактанты), половой стерилизации насекомых (стерилизаторы).

Гигиеническая классификация пестицидов построена по степени их ядовитости (токсичности) для биологических объектов, кумуля-тивным свойствам и стойкости с учетом возможности циркуляции во внешней среде. Степень опасности пестицидов оценивается по их токсичности, летучести, кумулятивным свойствам и стойкости.

Сила токсического действия измеряется дозой вещества, выра-женной в мг/кг массы животного или концентрацией вещества в воздухе -- мг/л или мг/м³ воздуха. Для оценки токсичности пести-цидов принято пользоваться средней смертельной дозой (ЛД₅₀ ) вызывающей гибель 50% подопытных животных при однократном поступлении препаратов в желудочно-кишечный тракт.

В зависимости от величины ЛД₅₀ пестициды делятся на сильно-действующие ядовитые вещества, среднесмертельная доза которых менее 50 мг на I кг массы животного, высокоядовитые (ЛД₅₀ от 50

до 200 мг/кг), среднеядовитые (ЛД₅₀ от 200 до 1000 мг/кг) и малоядовитые (ЛД₅₀ 1 г/кг и более).

Если пестициды поступают через кожу (кожно-резорбтивная ток-сичность), для оценки их действия используют кожно-оральный ко-эффициент (отношение среднесмертельной дозы пестицида, действу-ющего через кожу, к среднесмертельной его дозе, вводимой в желу-док). При резко выраженной токсичности (ЛД₅₀ меньше 300 мг/кг) кожно-оральный коэффициент меньше 1; при выраженной токсич-ности (ЛД₅₀ 300-1000 мг/кг) кожно-оральный коэффициент от 1 до 3; при слабовыраженной токсичности (ЛД₅₀ более 1000 мг/кг) кожно-оральный коэффициент больше 3.

По степени летучести пестициды делятся на очень опасные ве-щества (насыщающая концентрация больше или равна токсичной), опасные (насыщающая концентрация больше пороговой) и мало-опасные (насыщающая концентрация не оказывает порогового дей-ствия).

Кумуляция пестицидов определяется по коэффициенту кумуля-ции (отношение суммарной дозы препарата, вызывающей гибель 50% подопытных животных при многократном введении, к дозе, вызывающей гибель 50% животных при однократном введении). Если коэффициент кумуляции меньше 1, вещество обладает сверхкуму-ляцией; при коэффициенте кумуляции 1-3 у вещества выраженная кумуляция; при коэффициенте 3-5 -- умеренная и при коэффициенте более 5 -- слабовыраженная.

Пестициды подразделяются и по стойкости: очень стойкие (пе-риод разложения на не токсичные компоненты свыше 2 лет); стой-кие (0,5-1 год); умеренно стойкие (1-6 месяцев) и малостойкие (1 месяц).

По способу поступления в организм насекомых пестициды при-нято подразделять на кишечные, контактные, фумигантные и сис-темные. Кишечные яды проникают в организм насекомого через пи-тание, и насекомое погибает при поступлении яда в кишечник. Ки-шечные яды губительно действуют на насекомых, имеющих грызущий или сосущелижущий ротовой аппарат. Контактные яды убивают насекомых при контакте с любой частью их тела. Они разрушают наружные покровы, проникают в организм, нередко закупоривают органы дыхания. Такие яды применяются в основном против вреди-телей, имеющих колюще-сосущий ротовой аппарат. Системные яды обладают способностью перемещаться по сосудистой системе расте-ний и отравлять их клеточный сок. Фумигантные яды поражают организм насекомого через дыхательную систему. Некоторые ядохи-микаты действуют одновременно как кишечные, контактные и сис-темные яды.

Инсектициды и акарициды. Препараты этой группы относятся к 17 классам химических веществ. 48% общего ассортимента препара-тов занимают фосфорорганические соединения, 14% -- производ-ные карбаминовой кислоты и 11 % -- хлорорганические соединения. Остальные препараты этой группы относятся к другим классам хи-мических соединений.

В последние годы наиболее широкое применение нашли фосфо-рорганические инсектициды и акарициды (хлорофос, метофос, кар-бофос, метатион, фозалон, фосфамид и др.). Они используются против паутинного клещика -- основного вредителя хлопчатника, вредной черепашки -- вредителя зерновых культур и ряда вредителей плодо-вых. Препараты обладают высокой биологической активностью. Им свойственны контактные и внутрирастительные системы действия. Они проникают в ткань растения и сохраняют токсичность для вре-дителей в течение двух-шести недель. Фосфорорганические пестици-ды, обладая высокой биологической активностью, оказывают ток-сическое воздействие на организм человека и животных. Большин-ство препаратов этой группы относятся к высокотоксичным ядам. В механизме их токсического действия лежит угнетение деятельнос-ти жизненно важных ферментов.

Фосфорорганические пестициды в отличие от хлорорганических относительно мало накапливаются в окружающей среде. Под влия-нием воды, солнечного света примерно в течение месяца они разру-шаются, превращаясь в малотоксичные соединения. Так, метилмеркаптофос в листьях растений находится в течение 30 дней, антио -- 10, фосфамид -- 7--10 дней. Поэтому фосфорорганические препара-ты в меньшей степени загрязняют пищевые продукты, полученные из обрабатываемых культур и животных. Однако некоторые препа-раты (например, тиофос) обладают высокой токсичностью и спо-собны вызывать острое отравление. Их применение в СНГ запреще-но.

Производные карбаминовой кислоты (севин, цирам, цинеб и др.) обладают значительной фунгицидной активностью и используются для защиты от вредителей, возбудителей заболеваний и сорной растительности при возделывании плодово-ягодных, овощебахчевых, зерновых, зернобобовых и технических культур. Они обладают сред-ней и малой токсичностью и слабовыраженной кумуляцией, срав-нительно быстро разрушаются во внешней среде. Однако некоторые из них могут сохраняться на обрабатываемых поверхностях сельскохозяйственных культур в течение продолжительного времени.

Хотя производные карбаминовой кислоты по масштабам произ-водства и применения занимают второе место после фосфорорганических препаратов, в нашей стране разрешено использование только севина, пиримора и фурадина.

Производные карбаминовой кислоты в большинстве случаев дей-ствуют как контактные и кишечные яды. Некоторые из них могут оказывать токсическое действие на теплокровных животных и чело-века и по токсичности не уступают фосфорорганическим соедине-ниям. Они оказывают эмбриотоксическое и мутагенное действие.

Хлорорганические соединения. ДЦТ, ГХЦГ, полихлорпинен, алдрин, эфирсульфонат и другие хлорорганические соединения -- пес-тициды, давно нашедшие широкое применение в сельскохозяйствен-ном производстве. Они используются в борьбе с вредителями зерно-вых, зернобобовых, технических культур, виноградников, овощных и полевых культур, в лесном хозяйстве, ветеринарии и даже в меди-цинской практике. Отличительная их особенность -- стойкость к воздействию различных факторов внешней среды (температура, сол-нечная радиация, влага и др.). Так, ДЦТ выдерживает нагревание до 115--120°С в течение 15 ч и почти не разрушается при кулинарной обработке. Этот препарат, обладая высокими кумулятивными свой-ствами, постепенно накапливается в окружающей среде (вода, по-чва, пищевые продукты). Его находили в почве через 8--12 лет после применения.

Другое характерное свойство хлорорганической группы веществ -- способность накапливаться в тканях и жире животных. Большин-ство препаратов этой группы относится к среднетоксичным соединениям. Только некоторые из них (алдрин, дилдрин) принадлежат к сильнодействующим и очень опасным по своей летучести веще-ствам. Хлорорганические соединения могут вызывать острые или хронические отравления с поражением печени, центральной и периферической нервной системы и других жизненно важных органов и систем.

В настоящее время принимаются меры к замене этих соединений более безопасными. Применение таких сильнодействующих препара-тов, как алдрин, дилдрин, в сельском хозяйстве запрещено. С 1970 г. запрещено применение ДЦТ, введены ограничения и для некоторых других препаратов этой группы.

В последнее время получены химические соединения этой груп-пы, близкие по своему строению к ДДТ, обладающие высокой инсектицидной активностью и легко разлагающиеся в окружающей среде до нетоксичных продуктов. Из хлорорганических инсектици-дов в нашей стране сегодня находят широкое применение полихлоркамфен, тексахлоран, гамма-изомер ГХЦГ тиодан, дилор.

Фунгициды, как отмечалось, предохраняют от грибковых заболе-ваний сельскохозяйственные культуры. Объем их производства и ас-сортимент значительно меньше, чем инсектицидов и гербицидов. Фунгициды относятся к различным классам химических соединений. Широкое применение в сельскохозяйственной практике нашли про-изводные тиокарбаминовой кислоты (цинеб, поликарбацин, диатин М-45 и др.), фталимада (каптан, фталан), бензимидазола (беномил, БМК), мочевины и гуанидина (темпсен М, карпен).

Пиретримы. Повышая активность пестицидов, можно снизить действующую концентрацию до безопасных для человека величин. Если пестициды первого поколения (в основном соединения мышь-яка) сильно загрязняли водную среду, то пестициды второго поко-ления менее опасны. Среди них -- препараты с высокой избиратель-ностью и различной продолжительностью действия (от нескольких часов до многих месяцев). Многие из них под влиянием микроорганизмов, солнечного света, воды и воздуха полностью разлагаются на простые безвредные вещества. Таковы препараты из семейства пиретримов и их синтетических аналогов -- пиретроидов, которые вносят на поля в количестве 5--20 г/га, т. е. в 100--1000 раз меньше, чем в случаях традиционных пестицидов.

Гербициды -- средства борьбы с сорняками, относятся ко II классу химических соединений. В их числе наиболее широкое применение в сельском хозяйстве находят производные хлорфеноксиалкановых кислот, симметричного триазина, мочевины, тиокарбаминовой, хло-рированных алифатических и бензойной кислот.

Гербициды в основном значительно менее токсичны для теплокровных, обладают и слабой кумулятивной способностью. Вместе с тем некоторые гербициды небезопасны для окружающей среды. К их числу следует отнести низшие эфиры, отличающиеся большой лету-честью. Значительная устойчивость хлортриазиновых препаратов при нарушении правил их применения может оказывать отрицательное воздействие на последующие посевы.

Дефолианты и десиканты. Для дефолиации сои, хлопчатника, картофеля и некоторых других культур применяются: бутифос, ци-анид кальция, хлорат магния и хлорат-хлорид кальция. Хлориды также используются для десикации ботвы картофеля, подсолнечни-ка, риса и др.

Способы применения

I. Пестициды используются в разных препаративных формах, чаще всего в виде дустов, гранулиро-ванных препаратов, суспензий, эмульсий, аэрозолей и фумигантов. Дуст -- порошкообразная смесь, состоящая из основного яда (ак-тивно действующее вещество) и наполнителя. В качестве наполните-ля используются тальк, мел, гипс, каолин и др. Дусты производятся промышленными предприятиями, готовить их самостоятельно не разрешается. Гранулированные препараты приготовляются посредством пропитки гранул или различных минералов (бентонит, каолин, верникулит) или минеральных удобрений. В зависимости от назначения препараты выпускаются с диаметром гранул от 0,25 до 5 мм.

Учитывая насущную необходимость значительно повысить активность пестицидов и тем самым снизить их действующую концентрацию до величин, безопасных для человека и животных, ученые разработали синтетические пиретроиды.

Способы применения пестицидов зависят от их препаративной формы и назначения (обработка семенного материала, опрыскива-ние, опыление, обработка гранулированными препаратами).

При выращивании картофеля и овощей активнее стали применяться технологии, позволяющие снизить нагрузку пестицидов на окружающую среду, в частности ультраобъемное опрыскивание и предпосевная обработка посадочного и посевного материала.

Тактика применения пестицида обоснована особенностями био-логии вредителей, возбудителей болезней, сорняками и характером

Тактика применения инсектицидов обоснована задачей управле-ния численностью популяций вредных видов. При этом учитывается прежде всего экономический уровень вредоносности: определяется плотность популяции вредителя, при которой с экономических по-зиций целесообразно проводить обработку.

Тактика применения фунгицидов в борьбе с грибковыми болез-нями -- предупреждение заражения патогенными микроорганизма-ми путем обеззараживания посевного материала, а также профилак-тика заражения растений и распространения заболеваний в период вегетации. Задача применения гербицидов в борьбе с сорной растительностью состоит в замене ручного труда на прополке и сокраще-нии числа междурядной обработки почвы.

2. Последствия применения пестицидов

Многолетнее использование пестицидов на огромных сельскохо-зяйственных и лесных территориях, часто с применением авиации, привело к масштабному загрязнению окружающей среды. Более того, молекулы ядохимикатов (особенно это относится к стойким соеди-нениям) включаются в природные процессы миграции и кругово-рота веществ и разносятся вместе с атмосферными потоками на боль-шие расстояния. Например, в Антарктиде, за десятки тысяч кило-метров от зон применения, ледниковый панцирь накопил более 2000 т ДДТ. Химические вещества вместе с водным стоком с полей попада-ют в реки и озера, накапливаются в донных отложениях, поступают в Мировой океан. Но самое главное -- они включаются в экологи-ческие пищевые цепочки: из почвы попадают в воду и растения, затем -- в организмы животных и птиц, а в конечном счете -- с пищей и водой -- в организм человека. И на каждом этапе миграции они наносят вред и ущерб. Однако так как вредные насекомые со временем приспосабливаются к ядовитым свойствам этих веществ и эффективность пестицидов падает, их количество на единицу сельс-кохозяйственной продукции приходится постоянно увеличивать.

Многим, вероятно, известна история ДДТ -- пестицида, в свое время получившего чрезвычайно широкое распространение. Его со-здатель П. Мюллер был удостоен Нобелевской премии. Казалось, что ДДТ принес человечеству долгожданное освобождение от малярии, желтой лихорадки, эпидемий тифа. Однако более поздние исследования показали: последствия применения этого препарата весьма плачевны.

Чем устойчивее и токсичнее пестициды, тем серьезнее их нега-тивное воздействие на живую природу и человека. При этом устой-чивость к факторам окружающей среды (солнечный свет, кислород, микробиологические разложения и т. д., способность ядохимикатов сохраняться длительное время) в большей мере определяет их опас-ность. Пестициды на основе хлорорганических, фосфорорганических и карбаматных соединений значительно отличаются по своей стой-кости. ДЦТ -- типичное хлорорганическое соединение -- способен более 50 лет циркулировать в биосфере. Более того, продукты его разложения (например, ДДЕ) -- опасные и стойкие вещества, по-рой они более токсичны, чем исходное вещество.

Один из механизмов отрицательных последствий -- передача и концентрирование стабильных пестицидов по трофическим цепям. Устойчивые к определенным пестицидам, флора и фауна могут на-капливать их без разложения. В результате концентрация токсиканта в организме может многократно превысить исходную концентрацию его в окружающей среде. Этот процесс биологического концентри-рования имеет особенно серьезное экологическое значение в пище-вых цепях, связанных с водной средой. Классический пример био-логического концентрирования -- накопление ДДТ и препаратов

ртути в организме морских птиц. Эти птицы -- конечное звено тро-фической цепи: морская вода -- планктон -- рыба, потребляющая планктон, -- хищная рыба -- птица, питающаяся рыбой. При этом концентрация токсиканта от исходного звена (морская вода) к ко-нечному (птица) возрастает во много тысяч раз.

В 1988 г. Национальная Академия наук США опубликовала док-лад, в котором говорится, что в предстоящие 70 лет более одного миллиона американцев рискуют заболеть раком, вызванным нали-чием 28 канцерогенных пестицидов в пище.

По данным индийских ученых, злоупотребление пестицидами уже в следующем десятилетии способно спровоцировать взрыв рако-вых заболеваний и мутаций в развивающихся странах. Эти генети-ческие изменения необратимы.

Из всех химических веществ, которые поступают в организм человека с воздухом, водой, пищей, наиболее опасными считаются пестициды. Стойкие пестициды способны накапливаться в жировой ткани людей и животных, отрицательно воздействуя на нервную и сердечно-сосудистую системы.

Особенно опасны пестициды для детей. В России, в районах мас-сированного применения пестицидов, общая заболеваемость детей от шести лет (болезни кожи, пищеварительного тракта, органов ды-хания, нарушение обмена веществ, отставание в физическом разви-тии) в 4,6 раза выше, чем в районах с наименьшей химизацией. За 25 лет в 300 раз увеличились случаи аллергических заболеваний.

Поданным Всемирной организации здравоохранения, ежегодно пестицидами отравляются 500 тыс. человек, более 5 тыс. -- со смер-тельный исходом.

Исследования показали, что стойкие хлорорганические пестици-ды обнаруживаются почти во всех организмах, обитающих на суше и в воде. Распространение ДЦТ имеет глобальный характер. Повсюду ДЦТ, алдрин, дилдрин, гексахлорциклогексан и другие стойкие пе-стициды содержатся в тканях птиц, млекопитающих, земноводных, пресмыкающихся, рыб, моллюсков и других обитателей суши, мор-ских и пресных вод.

Содержание пестицидов в тканях и органах живых организмов, точно так же, как и любых других загрязняющих веществ, намного больше, чем в среде обитания. Это явление характеризуется коэффи-циентом накопления (отношение концентрации в организме к кон-центрации в среде). Очень велики коэффициенты накопления у жи-вотных, обитающих в воде: у рыб -- 10--15, у моллюсков -- 25 тыс. Содержание ДЦТ в различных тканях и органах одного вида значи-тельно колеблется. Так, например, в мышцах североатлантической трески концентрация его -- 1--10 мг/кг, а в печени -- 180--1800 мг/кг.

По предложению ООН в 1998 г. была принята конвенция в рам-ках программы по охране окружающей среды, ограничивающая тор-говлю опасными веществами и пестицидами типа ДДТ, ртутных соединений и органофосфатов. В новом международной договоре при-няли участие 95 стран.

Нерациональное применение пестицидов в сельском хозяйстве приводит к их накоплению в почве, пищевых продуктах. Однако не вызывает сомнения, что повышение культуры земледелия, улучше-ние технологии внесения пестицидов, ограничение их применения в районах, близко прилегающих к водоемам, строгая дозировка при внесении в почву могут в значительной степени снизить их негатив-ное воздействие.

Загрязнение пестицидами продуктов питания. Чаще всего пищевые продукты загрязнены хлор-, фосфор- и ртутьорганическими соедине-ниями, производными карбаминовой, тио- и дитиокарбаминовой кис-лот, бромидами. Из группы хлорорганических пестицидов в продуктах обнаружены ДДТ, ДДЕ, алдрин, дидцрин и некоторые другие, из фосфорорганических -- тиофос, карбофос и др., из карбаматов -- севин, цинеб и др. Хлорорганические пестициды находят в продуктах животного и растительного происхождения, а фосфорорганические и карбаматные соединения -- преимущественно в растениях.

Накопление стойких химических веществ в продуктах питания чаще всего связано с нарушением правил и регламента их примене-ния, с завышением рекомендуемых доз препарата, несоблюдением сроков последней обработки растений перед сбором урожая (время ожидания) и др.

Во многих случаях причиной загрязнения пестицидами фуражных культур является выращивание их в междурядьях обработанных садов.

Содержание хлорорганических пестицидов в продуктах живот-ного происхождения может быть связано и с обработкой ими убой-ного и молочного скота в целях борьбы с эктопаразитами.

Влияние пестицидов на биогеоценозы. Экологическая активность пестицидов зависит от характера экосистемы (целой или ее части), а также от физико-химических свойств используемых препаратов. Пести-цидами могут обрабатывать внутренний водоем, используемый для разведения рыбы, земельный участок, на котором выращивается урожай, лесные насаждения, луга, животную или растительную популяцию.

Неблагоприятное воздействие пестицидов на отдельные популя-ции выражается в уничтожении полезных организмов (главным обра-зом насекомых-опылителей и энтомофагов) и, следовательно, в нарушении стабильности экосистемы с последующим размножением нежелательных для человека видов. Например, отмеченное в ряде стран массовое размножение красного плодового клеща при обработке ДДТ плодовых связывают с гибелью хищных клещей тифлодромид, а кро-вяной тли -- с уничтожением паразита тлиафелинуса. Прекращение применения тех или иных пестицидов может вызвать вспышку раз-множения вредителей, длительное время угнетаемых пестицидами.

Как уже отмечалось, неблагоприятное воздействие пестицидов в решающей степени зависит от физико-химических свойств. Длительное время в сельском хозяйстве в качестве химических средств защиты растений применялись главным образом неорганические пестициды, содержащие мышьяк, фтор, ртуть, обладающие чрезвычайно высо-кой токсичностью. Применяли их с большими предосторожностями и в ограниченном количестве. Вместе с тем пестициды этого класса не обладают способностью накапливаться в организме и довольно быстро разлагаются в условиях внешней среды.

Более значительные нарушения в биогеоценозах отмечаются при систематическом применении стойких высокотоксичных пестицидов, главным образом хлорорганических соединений, особенно препаратов ДДТ и ГХЦГ. Эти препараты, как уже отмечалось, плохо разлагаются в воде и почве, обладают способностью накапливаться в растениях, организме животных и поэтому оказывают существен-ное воздействие на многие стороны биогеоценозов.

Пестициды, обладая определенной устойчивостью, не только накапливаются в почве, воде, продуктах питания, но и участвуют в круговороте веществ.

3. Биологическая защита растений

В основе биологической защиты растений лежит использование естественных противоречий в мире насекомых. Есть насекомые «тра-воядные» (мы их называем вредителями), есть энтомофаги, питаю-щиеся вредными насекомыми, есть грибы и вирусы, вызывающие болезни вредителей.

На Земле несколько десятков тысяч видов естественных врагов вредителей, в России их около 10 тыс. Очевидно, что надо искать способы использования энтомофагов -- полезных насекомых, унич-тожающих вредителей. Известно, что наличие на полях определенно-го набора хищников и паразитов поддерживает численность тлей на таком уровне, при котором можно обойтись без химической обра-ботки зерновых культур.

Помогая работать самой природе, мы можем получить немало продукции, к тому же здоровой, без вредных примесей.

Борьбу с вредителями ведет также многочисленная армия их естественных врагов -- птиц.

Здоровье леса во многом зависит не только от птиц, но и от муравьев. Без некоторых видов муравьев (в том числе и без рыжих лесных) болеют деревья, гибнут куропатки, тетерева, глухари. Му-равьи, откармливающие свои личинки белковой пищей, поедают насекомых, вредных для лесного хозяйства. Вокруг муравейников всегда зелено, рядом с ними нет деревьев с нездоровой листвой или хвоей. Подсчитано, что обитатели пяти крупных муравейников за день уничтожают до 1 кг насекомых вредителей. Обитатели одного муравейника способны очистить от вредителей около 1,5 га леса. И это гораздо эффективнее и безопаснее для окружающей среды, чем применение ядохимикатов. В ряде районов страны в настоящее время создаются муравьиные заказники.

Сочетание разнообразных нехимических способов защиты расте-ний с минимальным использованием пестицидов получило назва-ние интегрированного метода. Метод основан на биогеоценотическом подходе и рассчитан на максимальное использование природ-ных механизмов регуляции численности вредящих организмов. При этом нельзя упускать из виду ассортимент пестицидов, внедряя пре-параты избирательного действия (направленного на определенный вид вредителей), быстро разлагающиеся в природной среде и имеющие минимальный отрицательный побочный эффект. Необходимо совершенствовать способы внесения препаратов, по возможности отказываясь от распыления их с самолетов, связанного с большой опасностью сноса на соседние территории и акватории. Надо максимально использовать в сельском и лесном хозяйствах высококачественные посадочные материалы растений, устойчивых к вредите-лям и болезням. Кроме того, в каждом конкретном случае следует учитывать местные особенности живой природы.

Такие прогрессивные методы применения пестицидов, как малообъемное и ультрамалообъемное опрыскивание сельскохозяйствен-ных культур, позволяют многократно снизить и количество приме-няемых препаратов, и отрицательное воздействие их на природу.

Наиболее надежный и современный путь охраны природы -- применение биометодов. В опытном хозяйстве «Каясулинское» (Став-ропольский край) обнаружили: душистый табак настолько привле-кателен для колорадского жука, что ради него он оставляет в покое картофель, томаты, баклажаны, перец. К тому же, поглощая табак, жук превращается в своеобразного наркомана, и личинки ослаблен-ного вредителя погибают -- без какой бы то ни было химии -- при первых же заморозках.

Применение биологических методов борьбы с вредителями пре-дотвращает загрязнение природной среды пестицидами, способству-ет сохранению полезной фауны. Эти методы все шире внедряются в сельскохозяйственное производство. В нашей стране для борьбы с 16 видами вредителей на площади 6,3 млн га используется маленькое перепончатокрылое насекомое трихограмма (три отечественных и один интродуцированный вид). Трихограмма уничтожает капустную, ози-мую, восклицательную, хлопковую и других совок, кукурузного мотылька и гороховую плодожорку. Для защиты от совок зерновых, овощных культур, сахарной свеклы рекомендуется выпускать про-тив каждой генерации (в зависимости от плотности вредителей) от 20 до 60 тыс. особей трихограммы на 1 га, против кукурузного мо-тылька на кукурузе и конопле (в зависимости от величины траво-стоя) -- от 26 до 100 тыс. особей на 1 га.

Трихограмма заражает яйца вредителей сельского хозяйства, и вместо гусеницы вредителя развивается личинка трихограмммы. Най-денный способ борьбы с насекомыми-вредителями, таким образом, оказался очень результативным, экологически чистым и экономи-чески выгодным. В России сейчас трихограмму выращивают почти на тысяче фабричных линий.

Разработаны методы массового разведения в защищенном грунте паразитов и хищников тлей (златоглазки, афиджиды, сирфиды и другие афидофаги) и технические приемы выпуска златоглазки обыкновенной для борьбы с хлопковой совкой и карадриной, а так же с колорадским жуком на картофеле и баклажанах. В производственных условиях в борьбе с кровяной тлей яблони широко используется афелинус, против цитрусового червеца -- криптолемус и коккофагус гурней. В борьбе с опасным карантинным вредителем -- кали-форнийской щитовкой -- рекомендуются паразитические насеко-мые проспальтелла нафитис.

Большое внимание уделяется сохранению и накоплению есте-ственного запаса энтомофагов в полевых условиях. Разработанные в настоящее время системы мероприятий по защите сельскохозяйствен-ных культур основаны на максимальном сохранениии природной популяции энтомофагов и возбудителей болезней вредителей. Сроки и способы применения инсектицидов рекомендуются с учетом био-логических особенностей не только вредителей, против которых они направлены, но и основных видов энтомофагов, регулирующих чис-ленность вредителей.

В нашей стране разработаны биопрепараты, полученные на осно-ве использования бактерий, грибков, вирусов и актиноминетов. К ним относятся энтобактерин, боверин, дондробациллин, фитобактерно-мицин, аренарин, бактороденцид и др. Энтобактерин -- бактериаль-ный препарат, созданный на основе споровой кристаллообразующей бактерии бациллус тюрингиензис. Выпускается в виде сухого по-рошка и в жидкой форме. Каждый из этих препаратов содержит в 1 г не менее 30 млрд спор бактерий приблизительно столько же крис-таллов эндотоксина. Обе формы обладают одинаковой биологичес-кой активностью.

Применяют энтобактерин в виде водной суспензии, которую готовят за один-два часа до опрыскивания. Насекомое, питаясь растениями, обработанными препаратами, заглатывает вместе с кор-мом споры бактерий и кристаллы эндотоксина, после чего впадает в паралич. Гибель насекомого наступает обычно спустя 5--10 дней. Энтобактерии используются для борьбы с гусеницами капустной и репной белянок, капустной моли, капустной огневки. Этих вредите-лей препарат уничтожает практически полностью.

Аналогичный эффект дает сухой энтобактерин в саду против комплекса листогрызущих вредителей -- яблонной, плодовой, рябиновой, черемуховой и других видов молей, различных видов пя-дениц, листоверток, златогузки, кольчатого и других шелкопрядов, вишневого и крыжовникового пилильщиков, боярышницы, амери-канской белой бабочки.

Дендробациллин -- бактериальный препарат в форме порошка, содержащий в каждом грамме не менее 30 млрд спор бактерий и приблизительно столько же кристаллов эндотоксина. Эффективен против листогрызущих вредителей на хлопчатнике (совок -- хлоп-ковой, озимой, карадрины).

Боверин -- грибной препарат, разработанный на основе мускардинного гриба. Этот порошок серого цвета содержит в 1 г не менее 2 млрд спор. Рекомендован для применения против колорадского жука.

Фитобактериомицин -- антибиотик, предназначенный для борьбы с бактериальными болезнями фасоли, сои, шелковицы. Выпус-кается в форме порошка кремового или светло-коричневого цвета и в форме дустов (2%- или 5%-ного). Основной метод применения фитобактериомицина заключается в опудривании семян фасоли 5%-ным и сои 2%-ным дустом с одинаковой нормой расхода -- 3 кг на 1 т семян. Обрабатывать семена следует в день посева. Опудривание семян можно проводить в протравочных машинах, хорошо очищенных от пестицидов.

Внедряются высокоизбирательные средства и методы защиты растений на основе использования активных веществ, биофизичес-ких и генетических методов. Такими биологически активными веще-ствами являются, к примеру, феромоны животных. Это пахучие ве-щества, заставляющие насекомых собираться вместе. В практике за-щиты растений используют искусственно синтезируемые феромоны вредных видов бабочек. Метод особенно эффективен для сигнализации и получения информации о динамике численности и качественном составе популяции. Сокращение хотя бы одной химообработки на основе применения феромонных ловушек в масштабе страны по-зволит сэкономить до 6 тыс. т инсектицидов. Внедряется отечествен-ный комплект ловушек для обнаружения очагов заражения восточ-ной плодожорки в южной зоне садоводства России.

В последние годы пристальное внимание биологов и специалис-тов по защите растений привлекает вирус ядерного полиэдроза. Как и другие вирусы, он обладает уникальной «плодовитостью»: несколько его частиц, проникнув в клетку гусеницы хлопковой совки, способны воспроизвести до 36 млрд вирусов. Одна такая гусеница, начиненная вирусом ядерного полиэдроза, вызывает эпидемию сре-ди вредителей хлопчатника.

Для защиты вирусных препаратов от ультрафиолетовых лучей ученые стали заключать их в капсулы из сажи, двуокиси титана и привлекающих насекомых веществ. Пожирая такую капсулу, вреди-тель не только погибает, но и высвобождает огромные массы виру-сов, поражающие новые поколения вредителей. В отличие от хими-ческих инсектицидов, эти враги врагов хлопчатника совершенно безопасны для человека и позвоночных животных.

Маленькая белокрылая бабочка относится к самым неистреби-мым вредителям на территории европейской части России, в Сибири и на Дальнем Востоке. На почках в закрытом фунте она встреча-ется даже за Полярным кругом. Личинки бабочки, обычно обитающие на нижней стороне листьев, незаметны. Высасывая сок, они вызывают увядание растений. Кроме того, они выделяют сахарис-тую жидкость, на которой поселяется сажистый грибок, «чернь». Белокрылка переносит и некоторые вирусные заболевания. Защита растений с помощью химических препаратов приводит лишь к появлению более устойчивых поколений белокрылки, сохраняющих жизнеспособность и при повышенных концентрациях инсектицидов, а спасенные таким образом урожаи сильно загрязняются ядохимикатами.

Найден новый метод борьбы с бабочкой-вредителем -- биотехнический, с помощью оптических раздражителей. Сотрудники Всероссийского института защиты растений Главного ботанического сада выяснили, что любимый цвет белокрылки -- желтый. Этот цвет и используется в специальных цветоловушках. Наиболее успешно ме-тод зарекомендовал себя на защищенном фунте -- в теплицах, оран-жереях. Он абсолютно безопасен для человека и окружающей среды.

С 1 января 1990 г. в России запрещена химическая обработка в закрытом грунте. Это требует расширения биологических методов борьбы с вредителями. Ведь большая часть продукции теплиц -- огурцы, помидоры, салат -- идет в пищу без тепловой обработки, и остаточные количества инсектицидов здесь особенно опасны.

Совершенно безвредны для человека, но вызывают гибель кар-тофельных жуков некоторые грибы, паразитирующие на насекомых. Ультрафиолетовые солнечные лучи опасны для культуры грибов, поэтому опрыскивание проводится в конце дня. Уже на следующее утро среди картофельных жуков появляются первые жертвы эпиде-мии, а оставшиеся в живых перестают есть, но еще двигаются, в результате чего становятся легкой добычей птиц. Птицы, поедающие больных насекомых, при этом не проявляют в дальнейшем никаких признаков заражения. Через несколько дней картофельные поля ста-новятся белесоватыми от дохлых картофельных жуков, однако дру-гие насекомые продолжают жить.

Штаммы грибов, проникая в насекомых, начинают там быстро расти. Грибная ткань заполняет насекомое и разрывает хитиновый панцирь, а «агрессор» выходит наружу и нападает на новое насеко-мое. При этом вредители погибают не только из-за того, что bf их разрастается чужеродная ткань, -- грибы выделяют ядовитое ве-щество, которое парализует и без того уже ослабленное насекомое.

Насекомо-патогенные грибы обладают значительными преиму-ществами перед химическими средствами борьбы с вредителями. Будучи специализированными паразитами, они жизнеспособны только в организме хозяина и, следовательно, являются идеальным сред-ством для точно нацеленной атаки.

Ни на растениях, ни в теплокровных животных и птицах, кото-рые поедают насекомых, пораженных грибком, эти микроорганизмы существовать не могут. Не угрожает опасность и человеку, когда он соприкасается с веществом гриба.

В России есть заводы, на которых из грибов изготовляют инсек-тициды. Существует каталог, содержащий сведения о том, какие грибы для каких насекомых являются естественными врагами.

4. Трансгенные растения

Трансгенные растения (ТР) -- это растения, в собственно гене-тический материал которых «встроены» чужеродные гены, делаю-щие растения устойчивыми к вредителям и болезням. В Северной и Южной Америке сельхозпроизводители проявляют большой интерес к ТР, посевы которых ежегодно увеличиваются. Если в 1996 г. в мире было 1,8 млн га, то в 1999 г. уже почти 40 млн га, в 2000 г. -- 60 млн га. Это не считая Китая, который не дает официальной ин-формации, но, по оценкам, около 1 млн китайских фермеров выра-щивают трансгенный хлопок примерно на 35 млн га.

Выгоды очевидны. Расходы на химические средства защиты рас-тений при соблюдении технологии сокращаются. Меньше число об-работок посевов -- соответственно меньше расходов на горючее, оплату труда механизаторов. Даже при более высокой стоимости се-мян трансгенных культур (ТК) сеять их выгоднее. Рыночные цены на продовольственные ТК не отличаются от цен на традиционные. По мнению экспертов, когда на рынок выйдут ТК «второй волны» (с улучшенными пищевыми свойствами), цены значительно вырас-тут. Создание сортов ТР -- дело дорогое.

Россия ежегодно теряет из-за сорняков и вредителей 34,6% зла-ковых культур, 42% сахарной свеклы, 37% подсолнечника, 42,2% картофеля. Россияне ежегодно потребляют 35 млн т картофеля. В денежном выражении это примерно 7 млрд долларов. Потери от коло-радского жука составляют примерно 3 млрд долларов. Но колорадс-кий жук это еще не все, 10% картофеля гибнет от фитофтороза. Есть трансгенный сорт, устойчивый к этому заболеванию. А картофельные вирусы? И на этой случай имеется трансгенный сорт. В России пока не выращивают ТР.

К настоящему времени созданы и разрешены для использования в питании населения в США, Канаде, Японии, странах Европейского союза несколько десятков трансгенных сельскохозяйственных культур, среди которых соя, картофель, кукуруза, сахарная свекла, тыква, папайя. В РФ после исследований зарегистрированы 4 вида импортных генетически модифицированных (ГМ) продуктов -- соя, два вида кукурузы и картофель.

По пищевым свойствам -- содержанию белка, витаминов, необ-ходимых аминокислот и других ценных составляющих -- ГМ про-дукты на уровне традиционных либо ниже.

Непредсказуемость поведения гена в чужом организме -- вот что тревожит ученых, ответственных за здоровье населения. Когда синтезируется новый белок, образуются минорные компоненты, кото-рые не изучены и их трудно определить, но которые могут вызывать негативные последствия, вплоть до мутагенных, канцерогенных и токсических эффектов. В этом отношении необходимо быть осторожным и проявлять разумный консерватизм.

Группа экспертов ВОЗ считает, что встроенный в растение ген может перейти в микрофлору кишечника млекопитающих и вызвать сопротивление микрофлоры антибиотикам.

Подходы к оценке безопасности и качества пищевой продук-ции, полученной из генетически модифицированных источников (ГМИ) в различных странах, отличаются по содержанию и объему проводимых исследований. Понимание того, что традиционные кри-терии и методы оценки безопасности пищи (например, применяв-шиеся в случае пищевых добавок или пестицидов) не могут быть полностью применимы для ГМИ, вызвало необходимость разработ-ки специальных методических подходов и критериев. Большинство ученых считают необходимой поэтапную оценку безопасности и качества ГМИ. Объем проводимых исследований дифференцирован в зависимости от особенностей продукта. В основе этого подхода лежит принцип композиционной эквивалентности, который заключается в сравнении ГМИ с традиционным аналогом по фенотипическим характеристикам, уровню содержания основных нутриентов, антиалиментарных и токсичных веществ и аллергенов, характерных для данного вида продовольствия или определяемых свойствами перено-симых генов. Если в результате оценки композиционной эквивален-тности не обнаруживается отличий ГМИ от традиционных аналогов, то ГМИ причисляют к первому классу безопасности и предлагают считать полностью безвредными для здоровья потребителей.

При обнаружении отличий от традиционного аналога (второй класс безопасности) или полного несоответствия с традиционным аналогом (третий класс безопасности) оценка безопасности ГМИ должна быть продолжена.

Следующие этапы предусматривают исследования пищевых и токсикологических характеристик ГМИ. Оценка пищевых свойств предполагает изучение пищевой ценности нового продукта, его кво-ты в рационе человека, способов использования в питании, биодос-тупности, оценки поступления отдельных нутриентов (если ожидаемые поступления нутриентов превышают 15% от его суточной потребности), влияния на микрофлору кишечника (если ГМИ содержат живые микроорганизмы).

Токсикологическая характеристика включает следующие пока-затели: токсикинетика, генотоксичность, потенциальная аллергенность, потенциальная коллогизация в желудочно-кишечном тракте (в случае содержания в ГМИ живых микроорганизмов), результаты субхронического (90 дней) и токсикологического эксперимента на лабораторных животных и исследований на добровольцах.

На основе международного и отечественного опыта в проведе-нии исследований нового продовольственного сырья и пищевых продуктов в РФ разработан и введен в действие особый порядок оценки безопасности и качества, а также регистрации пищевой продукции, полученной из генетически модифицированных источников. В соот-ветствии с этим порядком распределяются обязанности между ведущими научными учреждениями страны по отдельным направлениям экспертизы (постановление № 7 от 6 апреля 1999 г. Главного госу-дарственного санитарного врача РФ). Этим постановлением предусматривается три направления оценки ГМИ: медико-биологическая, медикогенетическая и технологическая экспертиза.

По мнению института питания РАМН, примерно половину на-шего рациона питания через 20 лет будут составлять генетически измененные продукты.

5. Агрохимикаты и окружающая среда

Агрохимикаты -- это удобрения, химические мелиоранты, кор-мовые добавки, предназначенные для питания растений, регулиро-вания плодородия почв и подкормки животных.

Растениям необходимы азот и фосфор, калий и кальций, мно-жество микроэлементов.

Азот. Все почвы мира содержат 150 млрд т азота. Даже самые бедные дерново-подзолистые почвы в пахотном 20-сантиметровом слое содержат 2-4 т азота на гектар, а чернозем содержит 20-30 т. Казалось бы, азота с избытком, а люди вносят и вносят азотные удобрения. Причина кроется в недостаточной доступности для расте-ний азота различных форм.

Медленно разлагаясь, труднодоступные соединения отдают азот постепенно, способствуя непрерывности плодородия. Медленное разложение гумуса -- важное условие сохранения необходимых качеств почвы: рыхлости, комковатости, проницаемости для воды, воздуха

и тепла.

В удобрениях азот присутствует в виде аммониевых или нитратных солей, в наиболее усвояемой для растений форме. Однако дей-ствие удобрений недолговечно. Уже на следующий год их эффектив-ность составляет едва 20% первоначальной. Долгое время считали, что главные потери азотных удобрений связаны со стоком в реки и подземные воды. Использование удобрений с азотом, меченных ато-мом ^I5N, показало иную картину. На легких почвах в условиях высо-кой увлажненности, когда поля еще не заняты растениями, проис-ходит выщелачивание соединений азота. Во всех остальных случаях потери азота происходят под влиянием бактерий-денитрификаторов, восстанавливающих азот до различных окислов и до молеку-лярной формы. Можно сказать, что с полей нашей страны в воздух улетает до 1,5 млн т азота.

Знание законов циркулирования в почве азота и других биологических веществ позволяет выработать основную стратегию увеличения плодородия земель, развивать бездефицитное земледелие. Сроки и количество внесения удобрений нуждаются в тонкой балансиров-ке. Важно, чтобы удобрения усваивались именно растениями, а не наносили вред окружающей среде и здоровью людей. Ведь избыток биогенных веществ загрязняет окружающую среду, пресные воды, ведет к эвтрофикации водоемов и даже угрожает озоновому слою стратосферы.

На долю сельскохозяйственного производства приходится не ме-нее половины связанного азота, поступающего в водоемы. Обогаще-ние воды питательными элементами, в первую очередь связанным азотом, приводит к чрезмерному росту водорослей. Отмирая, они подвергаются анаэробному бактериальному разложению, вызывая дефицит кислорода, а следовательно, гибель рыбы и других водных животных. Эвтрофикация водоемов -- явление, к сожалению, распространенное.

Нитраты накапливаются выше допустимых норм не только в воде, но и в растениях -- как в продовольственных, так и в кормо-вых. Если сами по себе нитраты не представляют особой опасности для здоровья человека и животных, то легко образующиеся из них нитриты высокотоксичны, вызывают, в частности, тяжелые заболе-вания крови. Из нитритов могут образовываться нитроамины, обла-дающие канцерогенным эффектом.

Подкормки азотными удобрениями способствуют увеличению содержания белка в зерне пшеницы, фосфорными и калийными подпитками повышают содержание крахмала в картофеле и сахара в свекле. Вместе с тем имеется масса свидетельств ухудшения качества продукции, выращенной с применением минеральных удобрений,

особенно хлорсодержащих.

Наука располагает достоверными данными о накоплении нитра-тов в овощах, которые были выращены на полях, получавших сред-ние и даже низкие нормы минеральных удобрений или вообще не получавших. Аккумуляции нитратов способствуют теплые и влаж-ные условия выращивания растений, нарушение режимов освеще-ния вегетирующих культур, а также повреждение и неправильное хранение готовой продукции. Внесение высоких норм навоза также приводит к нитратному загрязнению не только растений, но и грунтовых вод, в том числе и той воды, которая используется для питья. Бактерии-азотфиксаторы, обогащающие почву атмосферным азо-том, могут стать достойным конкурентом азотной промышленности. Эта технология разрабатывается в Санкт-Петербургском НИИ сельскохозяйственной микробиологии. Задача состоит в том, чтобы, во-первых, плотнее заселить ими почву, во-вторых -- повысить их азотфиксирующие способности.

На корнях бобовых растений естественным образом поселяются клубеньковые бактерии. Наряду с ними в почве обитают и другие азотфиксирующие микроорганизмы. Надо лишь способствовать созданию условий для их процветания. Этой цели служит агротехника, при которой в севооборотах большое место должны занимать бобо-вые культуры (в нашей стране площади под ними гораздо меньше научно обоснованной потребности).