Лекцияның жоспары:
1.Пестицидтерді қолданудың өсімдіктерге әсері.
2.Пестицидтердің экологиялық зардаптары және адам денсаулығына әсері.
Қолданылатын әдістер: Лекция-консультация,сұрақ-жауап-талдау.
Лекция мәтіні: Химиялық табиғаты және патогендік қасиетіне байланысты пестицидтердің бірнеше: гигиеналық, химиялык., өнеркәсіптік классификациясы бар.
Пестицидтер улылық дәрежелерінің әртүрлі болуымен ерекшеленеді. Улылығын бағалау үшін тәжірибеге алынған жануарлардың 50% өлетін дозаны, яғни орташа өлтіру дозасын (ЛД50) пайдаланады. ЛД50 мөлшеріне байланысты пестицидтерді: кушті әсер ететін улы заттар, улылығы жоғары, улылығы орташа және улылығы төмен деп бөледі.
Тұрақтылығына байланысты пестицидтерді: өте тұрақты (ыдырау уақыты 2 жылдан көп); тұрақ ты (0,5-1 жыл); салыстырмалы тұрақты (1-6 ай); тұрақтылығы аз (1 ай) деп бөледі. Көбіне хлорорганикалық, фосфорорганикалық және сынапорганикалық пестицидтер жиі қолданылады.
Пестицидтерді пайдалану ауыл шаруашылығы мен ормаң шаруашылығының өнімдерін арттырғанымен топыраққа, қоршаған ортаға зиянды. Пестицидтердің ішінде - дихлордифенилтрихлорэтан (ДДТ) көп қолданылады. Кезінде дүние жүзінде жыл сайын осы пестицидтің 100 мың тонна мөлшері шығарылып отырған. Соңғы жылдары АҚШ, ТМД елдерінде, Венгрияда, Швеңияда, Нидерландыда және т.б. елдерде ДДТ-ның шығарылуы тоқтатылған. Себебі ауыл шаруашылығына тигізетін пайдасынан экологиялық тұрғыдан зияндылығы асып түскен. Жартылай ыдырау мерзімі 50 жылдан артық болғандықтан, қоршаған орта обьектілерінде жинақталған ДДТ қоректік тізбек арқылы адамдар мен жануарлардың денесіне өткен. Осы жағдайдың салдарынан әсіресе балалар өлімі, тұрғындардың арасында басқа да ауру түрлері көбейген. ДДТ- ның биосферада көп таралғаны соншалықты, Антарктидадағы пингвиндердің бауырынан да табылған.
Сондықтан қоршаған ортаның пестиңидтермен ластануын азайту үшін өсімдіктерді қорғаудың биологиялық әдістерін кеңінен қолдану керек.
Табиғатты қорғаудың басты механизмдерінің бірі гигиеналық және санитарлық-техникалық (немесе экологиялық) нормативтер негізінде санитарлық бақылауды жүргізу және ауа атмосферасы, су, топырақ сапасын нормалау болып табылады.
Нормалау - Бұл ластанудың адамдардың тұрмыс-тіршілігі мен денсаулығына әсерінің қауіпсіз деңгейлерін сипаттайтын және қоршаған орта обьектілерінде олардың сандық көрсеткіштерін анықтау болып табылады.
Адам организмінде қайтымсыз өзгерістер болдырмау үшін медик-гигиенистер жағымсыз факторлардың организм тіршілігі үшін шекті мөлшерлі деңгейін белгілейді. Қоршаған ортаның нормалайтын факторына байланысты: Шекті мөлшерлі деңгей (ШМД) - организмге әсері (жеке фактор өзі немесе басқа факторлармен бірге), организмге немесе онын ұрпағында биологиялық өзгерістерге, әртүрлі аурулар мен психологиялық өзгерістерге (интеллектуалдық және эмоционалдық қабілетінің төмендеуі, ақыл-ой жұмысының қабілеті) алып келмейтін жағымсыз фактордың жоғарғы мәні. Жағымсыз факторлар химиялық топтарға жататын болса, Мұндай жағдайда шекті мөлшерлі деңгей - шекті мөлшерлі концентрация (ШМК) деп аталады.
Шекті мөлшерлі төгінді (ШМТ) - су сапасының нормасын қамтамасыз ету үшін белгілі бір уақыт ішінде су обьектіне төгілетін ақпа сулардағы рұқсат етілген ең жоғарғы заттар салмағы.
Пестицидтердің топырақтағы қасиеті.
Пестицидтерді топыраққа, топырақта мекендейтін зиянкес- терді, нематодты, арамшөптерді, бактериалды және саңырауқұ- лақты қоздырғыштарды жою үшін енгізеді. Олар, сондай-ақ топыраққа өсімдіктердің жер беті мүшелерін өңдегеннен кейін де түседі: жауған жаңбырлармен шайылады және желмен әкетіледі. Пестицидтер топыраққа өсімдік жапырақтарымен, тамыры- мен және т.б заттардың қалдықтары ретінде де түсуі мүмкін. Олар топырақ бетінде өзгеріссіз күйінде болуы мүмкін және біраз уақыт аралығында өзінің улылығын сақтап қалуы шарттарына тәуелді. Пестицидтердің физикалық, химиялық және биологиялық процестерінің (биохимиялық және микробиологиялық) ыдырат- қыш әсеріне қарсы тұратын қасиеті олардың тұрақтылығын (персистенттілік) сипаттайды. Бірдей жағдайда зерттегенде (немесе бір қосылысты әртүрлі топырақта) әртүрлі қосылыстардың персистенттілігін Т0,5 көрсеткішімен (жартылай жоғалу периоды) сипаттау қабылданған, бұл көрсеткіш бастапқымен салыстырғанда топырақтағы пестицид мөлшерінің екі есеге төмендейтін уақыт аралығын білдіреді. Осы көрсеткішті есептеу үшін топырақ үлгілерін логарифмді еселік интервалдар динамикасы арқылы алады және анализдейді. Түрдік өсімдіктердегі пестицидтердің қалдық мөлшері динамикасының осы мерзімдерін анықтай отырып, Т0,5 көрсеткішін және күту уақытын есептеуге болады. Топыраққа түскен препарат метаболиттер қатарына дейін 66 ыдырауы мүмкін, олардың топырақтағы тұрақтылығын, фито- улылығын, өзгерісінің ерекшеліктерін бастапқы зат сияқты нақты зерттеу керек. Пестицидтердің топырақта сақталу ұзақтығы химиялық және физикалық қасиеттеріне, мөлшеріне, препараттың форма- сына (ұнтақ, сұйық), топырақ типіне, оның ылғалдылығына, температурасы мен физикалық қасиеттеріне, топырақты микрофлора құрамына, өніп шыққан өсімдіктің түріне – тұқым- дық құрамына, топырақты өңдеу ерекшеліктеріне тәуелді. Пестицидтер топырақта ыдырау жылдамдығына байланыс- ты келесі 4-кестеде көрсетілген топтарға бөлінеді: 4-кесте. Пестицидтердің ыдырау жылдамдықтары Пестицидтер Ыдырау мерзімі, ай Хлорорганикалық инсектицидтер 18-ден көп Триазин, мочевина және тордон туындылары 18-ге жуық Бензой қышқылының туындысы және әртүрлі қышқылдардың амидтері 12-ге жуық Феноксиалкилкарбон қышқылдары, нитрилдер, толуидин туындылары 6 Карбамин қышықылының туындылары 3-ке дейін Фосфорорганикалық препараттар 3-тен аз Көп жағдайда, топырақтың, әсіресе оның микрофлорасы- ның типі негізінен көптеген пестицидтердің ыдырау ұзақтығын анықтайды. Тіпті, ең персистентті заттар кейбір микроорга- низмдер әсерінен молекуланың толықтай деструкциясымен тез ыдырап кетуі мүмкін. Топыраққа түйіршік түрінде енгізілген заттар ұнтақ немесе сұйық түрлерге қарағанда топырақта ұзақ уақыт сақталады. Ереже бойынша, құрамында көп мөлшерде органикалық заттар мен лайлы фракция болса, препараттар топырақта тұрақтырақ болып келеді. Пестицидтердің топырақта қозғалуы. Пестицидтер мен олардың метаболиттері топырақта оның барлық үш фазасымен бірге тұрақсыз күйде болады және осыған байланысты топырақ профиль бойынша көлденең және тік бағыттарда орын ауыс- тырады. Бұл процесс капиллярлы ылғалмен бірге молекулалық 67 диффузия әсерінен, гравитациялық судың бәсеңдейтін тоғының әсерінен, өсімдіктің тамырлық жүйесінің әсерінен және топы- рақ өңдеу кезіндегі араластыру нәтижесінде болады. Айтар- лықтай қашықтыққа пестицидтер жаңбыр жауғанда немесе суару кезінде туатын су ағысымен бірге орын ауыстырады. Тік араласудың жылдамдығы мен тереңдігі препараттың судағы ерігіштігіне, оның адсорбциясы мен десорбциясының ерекше- ліктеріне, ұшқыштығына, сондай-ақ топырақты ылғалдың булануының қарқындылығына тәуелді. Жаңбырдың және суландырудың жалғасымдылығы кезінде әлсіз адсорбцияланатын гидрофильді заттар сумен бірге топы- рақ профилі бойынша төменге қозғалады. Құрғақ ауа райының басталуымен жоғары булану кезінде пестицид ерітіндісі капиллярмен топырақ бетіне көтеріледі. Булану мен шайылу теңескен кезде, суда жақсы еритін пестицидтер төменге қарай қозғалады, ал нашар еритіндері топырақтың жоғарғы қаба- тында ұсталып қалады. Егер топырақты ерітіндіндідегі заттар- дың концентрациясы ыдыраудан, шаю немесе буланудан төмендейтін болса, онда оның топырақты коллоидпен адсорб- цияланған бір бөлігі десорбция салдарынан қайтадан топы- рақты ерітіндіге түсуі мүмкін. Зерттеулер нәтижесінде гексахлоранның топырақта болмашы ғана қозғалатындығы анықталды. Негізінен препарат топырақта оның механикалық өңделуі кезінде таралады. Қара топырақты, боз орман, шымды-күлгiн топырақтарда севин 50-70 см тереңдікке енген, бұл оның топырақты коллоид- пен өте әлсіз адсорбциялануымен байланысты. Гербицидтердің ішінен ароматты карбон қышқылдарының туындылары қозғал- ғыш болып келсе, толуидин туындылары аз жылжитындар қатарына жатады. Топырақпен күшті адсорбцияланатын дипи- ридилді гербицидтер топырақты профиль бойынша мүлдем қозғалмайды. Тіпті құмда реглон 8 см-ден әрі тереңге енбейді. Топырақпен әлсіз адсорбцияланатын және суда жақсы еритін фенилсірке және бензой қышқылы туындылары 3 м тереңдікке дейін қозғала алады. Гербицидтер - 2,4-Д, 2М-4Х туындылары топырақтан әлсіз шайылады, өйткені топырақты коллоидпен байланысып жатыр. 68 Сонымен қатар, 2,4-Д эфирлері тұздарына қарағанда топы- рақтан айтарлықтай тез шайылады. Сондай-ақ мочевина туындылары да топырақта әлсіз қозғалады. Триазинді герби- цидтер (симазин, атразин, прометрин, пропазин) суда әлсіз ерігіштігі мен топырақпен күшті адсорбциялануы арқасында онда шекті жылжиды. Пестицидтердің топырақта ыдырауы. Пестицидтер физика- лық-химиялық процесс нәтижесінде, микробиологиялық ыды- рау, жоғары өсімдіктер мен топырақты фаунамен жұтылу нәтижесінде топырақта толығымен немесе түрін өзгертіп ыды- райды. Көптеген пестицидтердің детоксикациясы қарашірікпен немесе басқа да коллоидтармен адсорбциясы салдарынан немесе тұрақты кешендердің түзілуі нәтижесінде болады. Препараттарды топырақтан буға айналдыру, су буымен буландыру, қабаттай шектерiнде орын ауыстырулар тамырда өмiр сүретiн қабат шектерінде қозғалуы нәтижелерінде, жаңбыр, еріген, суару жүйесінің, жер асты және топырақты сулармен шайылуы салдарынан жоғалтылады. Пестицидтердің топырақтағы детоксикациясының негізгі критериі - олардың улы емес компоненттерге ыдырау жылдам- дығы мен толықтығы. Препараттардың инактивациясында жекеше процестердің анықтаушы рөлі олардың физикалық- химиялық қасиеттеріне ғана емес, сондай-ақ топырақтың ерекшеліктеріне, климаттық және экологиялық факторларға да тәуелді. Пестицидтердің топырақтағы инактивациясындағы физика- лық факторлардың рөлі. Топыраққа енгізілген пестицидтер олардың топырақты коллоидпен адсорбциялануы арқасында активтілігін төмендетеді. Көптеген препараттардың адсорбция- лану дәрежесі, көбінесе топырақтағы гумус мөлшеріне тәуелді. Инсектицидтер мен топырақты гербицидтердің көбісі сазды және құмды топыраққа қарағанда шіріген топырақпен күштірек адсорбцияланады. Пестицидтердің адсорбциясы кезінде топы- рақтың адсорбциялық беті мен берілген пестицидпен ұқсастық дәрежесінің (беттік энергияның шамасы) үлкен маңызы бар. Мысалы, катионды алмасудың арқасында триазиннің туынды- лары теріс зарядталған топырақты коллоидпен оңай адсорб- 69 цияланады. Топырақтың органикалық заттарының осы герби- цидтердің молекласымен ұқсастығы бейорганикалық сазды минералдарға қарағанда жоғары. Сонымен қатар, органикалық заттардың пайда болуының маңызы зор. Қарашіріктің кейбір фракцияларында - гуминде, гуминді қышқылда және фульво- қышқылдарда пестицид адсорбциясының сиымдылығы адсор- бенттердің тізімінің ретіне сәйкес төмендейді. Кейбір пестицидтердің адсорбциясының топырақтың рН- на, рК-на және гидролитикалық қышқылдығына тәуелділігі орнатылды. Осылайша, линурон, тордон топырақтың рН-ң жоғарлауымен күштірек адсорбцияланады. Керісінше, 2,4-Д мен 2М-4Х адсорбциясы топырақты ерітіндінің рН-ы төмен- деген кезде жоғарылайды. Симазин топырақта гидролитикалық қышқылдылықтың жоғарылауымен күштірек адсорбцияланады. Құрамы мен топырақты гумустың қасиетінен басқа пестицид- тердің адсорбциясы дәрежесі үшін механикалық құрам, сазды және лайлы фракция мөлшері және әсіресе бөлшек бетінің көлемі мен кристалдық тор құрылысымен өзгешеленетін таби- ғаты мен сазды минералдардың пайда болудың маңызы зор. Сондықтан да, пестицид молекуласының активті бөлшегінің анион немесе катион ба немесе амфолитті ме, электроней- тралды ма, және диссоциацияланбай ма, соған байланысты адсорбцияның сипаты әртүрлі болады. Осылайша, монтморил- лонит көптеген пестицидтерді жақсы адсорбциялайды, өйткені оның минералдың бетінде ғана емес, сондай-ақ интермолеку- лалық кеңістікте де молекулалар мен иондарды байланыс- тыратын қасиеті бар.
Пестицидтердің топырақпен адсорбциясы дәрежесі көбіне- се, оның ылғалдылығына тәуелді. Неғұрлым коллоидтар суды көп жұтса, соғұрлым препараттардың сорбциясына бос орын аз қалады. Адсорбцияның сипаты пестицидтің химиялық құрылысына, негізгілігіне, оның функционалды топтарының сутектік және дипольды байланыс түзетін қасиетіне тәуелді. Гербицидтерде – триазин туындыларында топырақпен адсорбциясының дәрежесі келесі қатар бойынша жоғарылайды: пропазин, атразин, сима- 70 зин, прометрин, мочевина туындыларынан – дихлоральмоче- вина, фенурон, монурон, диурон, линурон. Кейбір пестицидтердің сазды минералдармен адсорбциясын зерттегенде минералдар минерал бетімен байланысқан карбок- сильді, метил- және метиленді топтар арасындағы сутектік байланыстың бар екендігі анықталды. Топырақтағы пестицидтердің адсорбциясы оның темпера- турасына тәуелді. Бұның практикалық маңызы бар, себебі топыраққа енгізілген триазинді гербицидтер суық ауа-райында топырақтың жоғарғы қабатында адсорбцияланады, осыдан шайылу мен ыдыраудан аман қалады. Жылынған кезде десорбцияланып, олар қайтадан өздерінің активтіліктерін біл- діреді. Жаңбыр мен температураның көтерілуі топырақпен жұтыл- ған пестицидтердің де сорбциясына әкеледі. Су буымен бірге булану топырақта ГХЦГ сияқты инсекти- цидтердің улылықтарының жоғалуының бір факторы болып табылады. Полярлыға қарағанда, полярсыз препараттар көп мөлшерде буланатындығы анықталды. Топырақтағы ұшқыштығына байланысты жоғалулар негізі- нен эптам, тиллам, трефлан және т.б. сияқты жоғары тығыз- дықты буы бар пестицидтерге тән. Бұл препараттардың буға айналуы топырақтың ылғалдығына байланысты. Осылайша, эптаммен өңдегеннен кейін 15 мин. өткен соң құрғақ топы- рақтан оның буларының жоғалуы - 20%-ті, дымқылдан - 27 және сыздыдан - 44%-ті құрайды. Ұшқыш пестицидтер буының құрғақ топырақпен адсорбциясы ылғалдыға қарағанда айтарлықтай жоғары. Бұл топырақты ұшқыш пестицидтермен қандай да бір олардың тиімділіктерінің төмендеу қаупісінсіз өңдеуге мүмкіндік береді. Осындай препараттарды 5-7 см. тереңдікте өңдегеннен кейін бірден олардың бу күйіндегі жоғалулары айтарлықтай төмендейді және ұшқыш топырақта гербицидтерді қолданғанда міндетті тәсіл болып табылады. Пестицидтер, сондай-ақ жоғары температура әсерінен де ыдырауы мүмкін. Осылайша, жоғары температураның (40-82 0С) әсеріне ұшыраған топырақтағы атразиннің, симазиннің, 71 диуронның активтіліктері 40-97 % -ке төмендейді. Топырақтың беттік қабатының осыған ұқсас жылынуын егіндікті жағдайда өте ыстық күндері байқауға болады. Пестицидтердің топырақтағы физикалық-химиялық ыды- рауы. Пестицидтер күн сәулесінің әсерінен де ыдырауы мүмкін. Сонымен қатар, кейбір пестицидтердің фотототығу мен олардың метаболит процестері кезінде айтарлықтай рөлді күн радиациясының ультракүлгін сәулесі алады. Оның әсерінен көптеген гербицидтер өздерінің улылығын жоғалтады, әсіресе дипиридилді препараттар, мысалы реглон. Осы кезде алынған метаболиттер жылықандылар үшін улылығы аз болып келеді. Көптеген пестицидтердің топырақта гидролитикалық өзге- рістері мен тотығуы олардың улылығын айтарлықтай төмен- детеді. Сонымен қатар, препараттың химиялық құрылысы мен қасиеті маңызды рөл ойнайды. Түрі, галоидтардың атомдар саны және олардың молекулада орналасуы пестицидтердің ыдырау жылдамдығына әсер етеді – галоидтуындылар мен ароматты карбон қышқылдарының туындылары. Алифатты қышқылдарда көміртек тізбегінің ұзындығы осындай пестицид- тердің тұрақтылығына да әсер етеді. Метаорынбасқан хлорфе- нилкарбаматтардың ыдырауы орто- және параорынбасқандарға қарағанда тезірек өтеді. Бензол сақинасында хлор атомының саны мен орналасуы сақинаның ыдырау жылдамдығына ғана емес, сондай-ақ бүйір жақ тізбектің ыдырау жылдамдығына да әсер етеді. Триазинді гербицидтердің ішінен метилтиотуын- дылар тезірек ыдырайды, ал метокситуындылар – баяу; хлор- орынбасқан триазиндер тұрақтылығы бойынша аралық орынды алады. Пестицидтердің топырақты микроағзалармен ыдырауы. Топырақта көптеген пестицидтердің ыдырауы микробиоло- гиялық әректпен байланысты. Топырақта микроорганизм- дердің дамуы үшін неғұрлым жағдай жақсы болса, соғұрлым пестицидтердің микробиологиялық ыдырауы қарқынды жүреді. Топырақта олардың метаболизмдерінің механизмі микроорга- низмдердің әсерінен келесі негізгі реакцияларға: дегалоидтау, дезалкирлеу, амидті немесе эфирлі гидролизге, тотығуға, 72 тотықсыздануға, эфирлік байланыстың үзілуіне, ароматты сақинаның гидроксильденуіне және оның үзілуіне әкеледі. Органикалық қосылыстардың ыдырау сипаты микрооргани- змдермен шығарылатын қандай да бір ферменттің ерекшелігіне тәуелді. Бұл ыдырау белгілі кезеңдерде әртүрлі микроорга- низмдермен бөлініп шығатын бірнеше ферменттер қатысында жүзеге асады. Ереже бойынша, циклді құрылымды ароматты заттардың ыдырауы май қатарының қосылыстарына қарағанда айтарлықтай қиын жолмен жүзеге асады. Циклді қосылыс- тардың ыдырауы бүйірдегі топтардың тотығуы мен олардың тартып бөлініп алынуынан басталады. Сосын сақинаның көміртектері тотығады және ароматты қосылыс үзіледі; егер онда екі немесе одан да көп сақина болса, онда олар кезекпен ыдырайды. Дегалоидтау пестицид молекуласынан галоид атомының бөлініп шығуымен аяқталады. Гербицидтер үшін, яғни али- фатты қышқылдардың туындылары (ТХА, далапон) үшін бұл процесс инактивацияның жалпы бастапқы реакциясы болып табылады. Ароматты қатардың туындылары бір немесе бірнеше ыдырау өнімдерінің түзілуімен дегалоидталады. Пестицидтердің дегалоидирленуі үшін қосылыстың саны, орны және галоид атомы типінің маңызы зор. Пестицид молекуласындағы галоид атомы санының өсуі, сондай-ақ функционалды топтан қашықтығы жоғарылаған сайын реакция жылдамдығы төмендейді. Осы себептен галоидпен параорын- басқан қосылыстар, метаорынбасқан қосылыстарға қарағанда оңай ыдырайды. Жай алифатты қосылыстардың ферментативті дехлорлануы хлор атомының окситоптың орынбасу реакциясы болады. Далапонның - С-Сl - байланысының үзілуі пирожүзім қышқы- лының түзілуіне әкеледі. Пестицидтердің топырақтағы дезалкилирленуі C - R, N - R, O - R байланыстарының үзілуі арқылы жүзеге асуы мүмкін.
Дебиеттер тізімі
1. Е.Жамалбеков, Р.Білдебаева. Топырақтану және топырақ геологиясы мен экологиясы. -Алматы, 2000.
2. Почвоведение. Под ред. проф. С.И.Кауричева. -Москва, 1998.
3. Цуриков Т. Почвоведение. М.: Высшая школа, 1992.
4. И.Г.Добровольский. География почв с основами почвоведения. МГУ, 1999.
5. Ерденов М.Т., Омарова З.М., Абдраимова Қ.Т. Топырақтану пәнінен практикум
6.Тазабекұлы Т., Тазабекова Е. Топырақтану түсіндірме сөздігі – Алматы: Рауан, 1193. – 448 бет.
Лекция №23
