На сучасному етапі землекористування отримання високих та стійких врожаїв неможливе без раціонального обробітку ґрунтів, дотримання сівозмін, широкого впровадження нових сортів сільськогосподарських культур, отриманих за допомогою сучасних методів селекції, стійких до небезпечних хвороб та шкідників, а також застосування засобів захисту рослин від бур’янів (пестицидів). Крім бажаних ефектів - захисту врожаю та обмеження чисельності шкідників - пестициди негативно впливають на здоров’я людини через забруднення ґрунту, води, повітря і харчових продуктів, порушуючи стан рівноваги в екосистемах та зменшуючи біорізноманіття.
На сьогодні кількість зареєстрованих пестицидів перевищила 1500 найменувань. Особливі властивості цих сполук - цілеспрямована токсичність та інші - вимагає особливого регулювання поводження на різних рівнях. Стокгольмська, Роттердамська, Базельська конвенції та Міжнародний кодекс щодо поширення і використання пестицидів, який було прийнято у листопаді 2002 року, - основні міжнародні документи, що регулюють поводження з цими речовинами.
Широке впровадження в першій половині 20 сторіччя у сільськогосподарську практику стійких, здатних до накопичення та міграції трофічними ланцюгами гербіцидів, призвело до глобального забруднення ними довкілля.
Так, в 1945 році почали використовувати гербіцид 2,4-D, стійкість до якого у рослин виникла в 54-му; далапон - з 53-го, стійкість - в 62-му; атразин - з 58-го, стійкість з 68-го; трифлуралін - з 63-го, стійкість з 88-го і ці приклади можна продовжувати.
Таким чином, пестициди - є токсичними речовинами, які людина свідомо вносить в агроценози, тому питання міграції, транслокації та трансформації пестицидів у об’єктах довкілля та надходження їх у трофічні ланцюги є одним з першочергових при виборі комплексу засобів захисту рослин. Не менш вагомим недоліком використання хімічних пестицидів є пригнічення ними природних механізмів регуляції в біоценозах, що призвело до масового розмноження шкідників. У зв’язку з цим виникла необхідність розробки заходів інтегрованої боротьби з використанням як хімічного так і біологічного методів захисту рослин, а також впровадження спеціалізованих сівозмін та різних систем обробітку ґрунту. Також, у ситуації, яка склалась на багаторічно забруднених полях, необхідним є впровадження технологій очищення ґрунтів від полютантів, з метою отримання безпечних врожаїв.
За даними ЮНЕСКО, пестициди в загальному обсязі забруднення біосфери землі займають 8—9-те місце після таких речовин, як нафтопродукти, ПАР (поверхнево-активні речовини), фосфати, мінеральні добрива, важкі метали, окиси азоту, сірки, вуглецю та інші сполуки.
Незважаючи на те, що пестициди становлять дуже незначну частину загальної маси забруднювачів, що надходять у зовнішнє середовище, вони можуть бути дуже небезпечними внаслідок високої біологічної активності.
Надходження пестицидів у сільськогосподарський ландшафт відбувається, головним чином, при проведенні хімічних засобів боротьби із шкідливими організмами, наземними засобами чи авіацією, внаслідок випаровування з поверхні ґрунту або рослин, при витіканні під час зберігання і транспортування тощо.
Технічні продукти більшості речовин, що застосовують як пестициди, не розчиняються у воді і для практичного використання їх випускають у таких різноманітних препаративних формах: емульгуючі концентрати (е. к.), при розведенні водою утворюють водні емульсії; порошки, що змочуються (з. п.), при розбавленні водою утворюють повільно осідаючі суспензії; концентрати (к.) технічної речовини, що призначені для обприскування рослин; гранульовані препарати (г. п.), які містять діючу речовину і наповнювач (бентоніт, каолін, вермикуліт, трепел) або суперфосфат. Виготовляють гранули діаметром від 0,25 до 5 мм для наземного і внутрішньоґрунтового застосування.
Способи застосування пестицидів залежать від їх призначення, препаративної форми. Це обробка посівного матеріалу інсектицидами і фунгіцидами, обприскування, обпилювання, обробка гранульованими препаратами.
Раціональне застосування інсектицидів, фунгіцидів і гербіцидів ґрунтується на різних тактичних підходах, зумовлених особливостями біології шкідників, збудників хвороб, бур’янів і характером проявлення їх шкідливості.
При обробці сільськогосподарських угідь пестицидами частина їх втрачається внаслідок знесення вітром, розсіювання в атмосфері з потоками повітря. Залежно від технології застосування і фізичних властивостей препаративної форми на рослини і ґрунт осідає 40—70% норми витрати, утворюючи початковий запас токсичної речовини. Крім того, багато пестицидів можуть поширюватися за межі оброблюваних ділянок і більш чи менш тривалий час циркулюють у біосфері. В атмосферу вони надходять безпосередньо при їх застосуванні, а також внаслідок випаровування з поверхні ґрунту, рослин, води. Потім у результаті конденсації парів і утворення краплинорідких або твердих часток пестициди з атмосфери потрапляють у ґрунт, на поверхню рослин і у водойми, поширюючись на великих територіях. У водойми вони надходять з поверхневими і підґрунтовими стоками із сільськогосподарських угідь.
Хімічні препарати, у зв’язку з токсичністю, шкідливі для людини і навколишнього середовища. Потенційна загроза від їх використання полягає як у гострій токсичності при потраплянні в організм людини або тварин, так і в хронічній дії, в кумулятивному ефекті, в міграції залишків пестицидів водними і повітряними шляхами на значні відстані.
Хрестоматійним прикладом глобальної міграції хлорорганічних пестицидів, зокрема ДДТ, є кумуляція їх у жирові пінгвінів, які живуть в Антарктиді. Так, за даними, надрукованими в Німеччині, з атмосфери на територію Північного моря щорічно випадає до 300т ДДТ. Нагромадження пестицидів в окремих тканинах відбувається непомітно. Але коли кількість їх досягає певного рівня, вони призводять до порушення функцій найважливіших органів, захворювання і зниження стійкості організму.
Серед хвороб, які можуть з’явитися внаслідок токсикації організму, відмічають злоякісні пухлини (головним чином пухлини печінки), хромосомні порушення, підвищення інтенсивності мутаційного процесу, що пов’язано з підвищенням частоти прояву спадкових хвороб обміну, аномалій розвитку тощо.
Більше половини пестицидів належать до мутагенів — речовин, які змінюють спадкову природу рослин і тварин, включаючи людину. Відомо, що прометрин порушує не тільки білкоутворюючу, але й протромбіноутворюючу функцію печінки, зменшує кількість еритроцитів і гемоглобіну у. крові. Крім порушень, які викликаються в організмі атразином і прометрином, пропазин порушує діяльність центральної нервової системи і терморегуляцію тіла. Основні зміни при отруєнні тварин похідними сечовинами (лінурон, монурон) відбуваються в печінці, нирках і селезінці. Крім того, вони несприятливо впливають на ендокринну систему і обмін речовин.
Циркуляція пестицидів може відбуватися за такими схемами:
1. Повітря — рослини — ґрунт — рослини — травоїдні тварини — людина.
2. Ґрунт — вода — зоофітопланктон — риба — людина.
Більшість гербіцидів, внесених у ґрунт або по вегетуючих рослинах, проходить детоксикацію, тобто процес перетворення фізіологічно активних сполук на нетоксичні шляхом розкладу або утворення нетоксичної речовини. Процес детоксикації відбувається під впливом фізичних, фізико-хімічних та біологічних чинників. До них належать термічний та фотохімічний розклад гербіцидів, гідроліз та інші хімічні перетворення, фотоліз та інші шляхи метаболізму в рослинах, метаболізм мікроорганізмами та мезофауною ґрунту, катаболізм ґрунтовими ферментами.
У навколишньому середовищі відбувається також процес інактивації гербіцидів, який, крім детоксикації, охоплює й деякі інші способи послаблення їх фітотоксичної дії на оброблюваній площі, не пошкоджуючи при цьому рослин в інших місцях або в інший час. Так, завдяки вивітрюванню з поверхні рослин або ґрунту, випаровуванню разом з водяною парою зменшується пошкодження гербіцидами в місці їх внесення, але може бути шкідливим для чутливих рослин, які ростуть недалеко, особливо за наявності вітру. Таке пошкодження виноградників, плантацій соняшнику та інших чутливих до 2,4-Д культур траплялося в південних районах України.
До тимчасової інактивації можна віднести також сорбцію гербіцидів ґрунтовими колоїдами. При зміні фізико-хімічного стану в ґрунтовому вбирному комплексі або зміні вологості поглинуті гербіциди можуть знову надходити в ґрунтовий розчин і проявляти свою фітотоксичність. Таке явище спостерігається при застосуванні триазинів, які повільно розкладаються, і їхня післядія в наступні роки дуже залежить від вологості ґрунту і фізико-хімічних процесів, що відбуваються в ньому.
Вимивання гербіцидів за межі кореневмісного шару і винесення ґрунтовими водами сприяє перенесенню їх у інші місця ландшафту. Якщо при цьому паралельно не відбувається процес детоксикації, це призводить до їхнього нагромадження, збільшення, особливо в знижених елементах рельєфу та водному середовищі.
Застосування стійких препаратів у великих кількостях на значних площах, які є водозбірними для тих чи інших водних басейнів, є причиною змивання їх талими, дощовими і перенесення ґрунтовими водами. Водні басейни (річки, озера, ставки, водосховища, моря) є кінцевим притулком хімічних речовин, зокрема гербіцидів. Деякі з них навіть у низьких концентраціях змінюють органолептичні властивості води - смак, запах. Це може вплинути на харчові властивості риби, м'яса або навіть стати причиною їхньої непридадності для споживання. Одним з негативних наслідків забруднення довкілля є процес біологічної концентрації залишків пестицидів. Похідні симетричного триазину належать до малотоксичних сполук, але вони небезпечні для тварин та людей через їхнє повільне розкладання та комулятивні властивості. Під їх впливом відбуваються різні зміни в організмі.
Гербіциди спричинюють гострі отруєння тільки в тому випадку, якщо явно порушені заходи безпеки, або при вживанні в їжу продуктів з підвищеною кількістю допущених залишків, при дотриманні встановлених строків зберігання тощо. Щоб уникнути негативних наслідків або звести їх до мінімуму, необхідно знати умови, які сприяють детоксикації та інактивації гербіцидів. Відомо, що ступінь нагромадження стійких препаратів залежить від типу ґрунту, його механічного складу, вологи, температури, активності мікробіологічних процесів тощо.
На легких ґрунтах вносять менші норми препаратів. Вміст їх порівняно швидко зменшується. На важких за механічним складом ґрунтах доводиться вносити вищі норми, тому розклад їх відбувається повільніше. Висока температура та вологість, тривалий теплий період сприяють швидкій детоксикації гербіцидів. Інтенсивний обробіток ґрунту теж діє в цьому напрямі.
Перетворення гербіцидів, які потрапляють у ґрунт та на його поверхню, дуже різноманітні. Деякі з них можуть розкладатися під дією сонячного світла (2,4-Д, треф-лан, реглон), що потрібно обов'язково враховувати у виробничій практиці. Наприклад, трефлан відразу після внесення загортають у ґрунт, тому що через кілька днів перебування на поверхні він значно втрачає свої гербіцидні властивості.
Втрата токсичності у зв'язку із взаємодією з хімічними речовинами ґрунту має значення для багаьох препаратів. Так, ціанамід кальцію в кислих ґрунтах розкладається з утворенням токсичних сполук, які діють на рослини, а трихлорацетат натрію, бетанал за наявності води розпадаються в ґрунтах з лужною реакцією. Під дією води гідролізується багато гербіцидів, зокрема далапон, 2,4-Д.
Варто зважати й на рівень токсичності деяких гербіцидів. Він може зменшуватися через леткість або високу розчинність препаратів у воді. Значна леткість ептаму, ерадикану, аліроксу може бути настільки вагомою причиною втрат цих препаратів з верхнього шару ґрунту, що ефективність їх дії на бур'яни різко знижується.
Зниження фітотоксичності, спричиненого високою розчинністю і вимиванням у глибокі шари ґрунту, спостерігається при застосуванні трихлорацитату натрію і далапону.
Проте найважливішим фактором детоксикації гербіцидів є їхнє розкладання під впливом мікроорганізмів. У цьому процесі, очевидно, беруть участь усі групи ґрунтових мікроорганізмів: гриби, актиноміцети, бактерії, але найбільше вивчено бактеріальне розкладання гербіцидів. Встановлено, що гербіциди пригнічують життєдіяльність деяких груп мікроорганізмів і впливають на зміну мікробного складу ґрунту. Проте якщо застосовуються оптимальні дози гербіцидів для знищення бур'янів, то порушення мікробіологічного режиму ґрунтів незначні і досить швидко повертаються до норми.
Руйнування гербіцидів мікроорганізмами залежить від їх хімічного складу. Є сполуки, які внаслідок сукупності причин розкладання (фотохімічного, хімічного і мікробіологічного) руйнуються і втрачають фітотоксичність через кілька днів після внесення (гліфосат, реглон). Такі препарати застосовуються в системі обробітку ґрунту без перевертання верхнього шару або в системі безорного землеробства, коли зернові висівають без обробітку ґрунту по пласту люцерни, знищеної реглоном. Є гербіциди, мікробіологічне розкладання яких відбувається дуже повільно - він триває декілька років (симазин, пропазин, діурон, тордон).
Пригнічуючи життєдіяльність деяких груп мікроорганізмів, гербіциди впливають на зміну складу біоти ґрунту, проте при застосуванні оптимальних доз гербіцидів для знищення бур'янів порушення мікробіололгічного режиму ґрунтів зовсім незначні і досить швидко повертаються до норми.
Швидкість розкладу гербіцидів у ґрунті значно залежить від способів застосування їх препаративних форм. Процес детоксикації проходить найшвидше, якщо препарат наноситься на поверхню ґрунту у формі емульсії. При застосуванні гербіцидів у ґрунт цей процес сповільнюється. Внесення гербіцидів у формі гранул також затримує їхню детоксикацію.
Значно зменшується кількість гербіцидів у ґрунті, якщо вносити їх на просапних культурах стрічковим способом. Цей спосіб широко практикується на просапних культурах, а в садах та на виноградниках не тільки дає змогу економно використовувати дефіцитні поки що гербіциди, а й зменшує їхню кількість у навколишньому середовищі. Широко застосовують способи локального внесення гербіцидів - обприскування окремих рослин або їхніх гнізд та пристовбурних кругів, нанесення гербіцидів на бур'яни за допомогою постійно змочуваного полотна. Для багатьох із гербіцидів детоксикація самими рослинами має менше значення, ніж в об'єктах зовнішнього середовища. Це особливо стосується ґрунтових гербіцидів, значна частина яких залишається в ґрунті. Втрата токсичності завдяки взаємодії з хімічними речовинами ґрунту має значення для багатьох препаратів. Так, ціанамід кальцію в кислих ґрунтах розкладається з утворенням токсичних сполук, які діють на рослини, а трихлорацитат натрію, бетанал за наявності води розпадаються в ґрунтах з лужною реакцією. Під дією води гідролізується багато гербіцидів, зокрема далапон, 2,4-Д.
Необхідно зважати на те, що рівень токсичності деяких гербіцидів може зменшуватися через їх летючість або високу розчинність у воді. Значна летючість ептаму, трефлану пояснює чимале винесення препаратів з верхнього шару ґрунту, через що ефективність їхньої дії на бур'яни різко знижується. Зниження фітотоксичності, спричинене високою розчинністю і вимиванням у глибокі шари ґрунту, спостерігається при застосуванні трихлорацетату натрію і далапону.
Останніми роками відкрито гени детоксикації хімічних речовин (зокрема гербіцидів) у рослин і мікроорганізмів. Вивчення і маніпуляція цими генами (генна інженерія) створюють можливість одержувати поліпшені штами деградаційної мікрофлори, а це - можливість здійснювати екологічний контроль. Виведені цим методом також сорти й гібриди культурних рослин, у яких з'явилася стійкість до окремих гербіцидів.
Перспективи спрямованого мікробіологічного розкладання гербіцидів дуже вагомі. Препарат 2,4,5-Т сам по собі досить отруйний, крім цього, містить значні домішки діоксину (в нашій країні не дозволений до застосування). В університеті штату Іллінойс (США) виведено новий штам бактерій, які розкладають 2,3,5-Т до кінцевих продуктів - води, вуглекислого газу та нешкідливих хлоридів. Вчені вважають, що цей штам мікроорганізмів може розкладати й інші гербіциди, зокрема групу феноксикислот.
