Введение к работе
Актуальность темы.
Основная роль в повышении эффективности сельскохозяйственного производства в «астоящее время отводится применению интенсивных технологий возделывания зерновых, технических и других культур, которые, наряду с различными агроприемами, базируются на оптимальном использовании минеральных удобрений и химических средств защиты растений. В странах с интенсивным земледелием на долю средств химизации приходится 25—30% общих энергетических затрат, расходуемых на производство единицы продукции /Артю-шин А. М., Державин Л. М„ 1984/.
Признавая высокую экономическую эффективность химических мер по защите урожая, необходимо учитывать, что применение пестицидов сопряжено с потенциальной и реальной опасностью. Она обусловлена такими свойствами пестицидов, как токсичность для человека и полезной фауны, способность вызывать побочные эффекты и отдаленные последствия. Циркуляция токсичных веществ в атмосфере, воде, трофических звеньях пищевых цепей приводит к повсеместному загрязнению биосферы остаточными количествами химических средств защиты растений и продуктов их трансформации.
"." Исследования, проведенные в СССР и за рубежом, показывают, что все пестициды более или менее интенсивно разлагаются в объектах окружающей среды. Основными путями их детоксикации являются: фотохимическое разложение в воздухе и воде, на поверхности растений, разложение гидро-бионтами, почвенной флорой и фауной, метаболизм в растениях и животных.
Для обеспечения нормального функционирования агро-экосистемы, охраны природы и здоровья населения .необходимо соизмерять нагрузку ксенобиотиков иа территорию сельскохозяйственного ландшафта с интенсивностью процессов их разложения.
Оценка поведения пестицидов в окружающей среде основы-
Г~ ЦЕНТРАЛЬНАЯ |
| НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА J
Моск. оельскохоз. академии.I
ваегся на глубоком понимании физических, химических и биологических процессов, которые происходят при их взаимодействии с растениями, почвой и удобрениями.
Поскольку основными источниками загрязнения среды являются сами технологии применения пестицидов, в треугольник, предложенный Д Н Прянишниковым для изучения происходящих в агроэкосистеме процессов, должны быть включены пестициды.
Работа выполнена по плану Украинского научно-исследовательского института защиты растений и является разделами тем: «Исследовать поведение новых инсектоакарицидов в биологических объектах, природу их избирательности действия в целях повышения безопасности химических мероприятий для окружающей среды», государственный регистрационный № 77003325, «Изучить транслокацию и трансформацию пестицидов в растениях и почве и выявить факторы определяющие эти процессы», государственный регистрационный № 0182055481; «Разработать методы определения новых пестицидов и их метаболитов, изучить транслокацию и трансформацию пестицидов в растениях и почве», государственный регистрационный № 01.87.040809
Цель и задачи исследований.
Цель исследований заключалась в разработке основ мониторинга пестицидов, представляющего систему наблюдении, оценки и прогноза их поведения в агроэкосистеме
Задачей работы было обоснование количественных показателей регулирования качества окружающей среды. При этом применение пестицидов рассматривается как способ оперативного управления агроценозом, направленного на предотвращение выноса ресурсов почвенного плодородии сорняками и потребления биомассы возделываемых культур вредителями.
Схема управления агроценозом включает определение целесообразности применения пестицидов, оптимального уровня интенсивности химических мер борьбы с вредными организмами и оценку опасности для биоты планируемой нагрузки пестицидов на сельскохозяйственный ландшафт. Количественная интерпретация этих параметров позволяет обосновать агроэкономические, экотоксикологические и гигиенические нормативы и регламенты, соблюдение которых контролируется химическими методами анализа пестицидов.
Принципы и методы.
Программа исследовании и анализ полученной информации основан на следующих теоретических принципах и закономерностях-
— теории межмолекулярного взаимодействия при разработке хроматографических методов анализа /Киселев В. А.,
1986, Беленький Б. Г., 1978, Клисенко М. А., 1983, Кирхнер Ю., 1981 и др./;
электрохимического поведения органических соединений /Майрановский С. Г., Срадынь Я. П., 'Безуглый В. Д., 1975, Будииков Г. 'К-, 1986/ при разработке полярографических методов анализа;
кинетики поведения органических веществ в открытой системе при изучении поведения пестицидов в объектах окружающей среды /Уолтер Ч., 1969, Змануель И. И., 1969, Торн-лн Дж„ 1982/;
закономерностях круговорота веществ в природе и волнового типа процессов саморегуляции биологических систем организменного, популяционного и биоценологического уровней /Прянишников Д. А., 1940, Марри Д., 1983, Васильев В. П., 1989/.
Лабораторные исследования проведены в УкрНИИ защиты растений в лаборатории аналитической химии пестицидов. Разрабатывались теоретические основы и методики хромато-, графического, полярографического, хроматополярографическо-го анализа пестицидов. Использовалось отечественное и зарубежное оборудование: хроматограф «Цвет-100, 106», полярографи LP-60, -ППТ-1 и др. Методами вегетационных и полевых экспериментов изучалась скорость детоксикации пестицидов в сельскохозяйственных растениях и почве.
Проводился мониторинг, пестицидов «а зерновых, технических и плодовых культурах в разных почвенно-климатиче-ских зонах УССР. Результаты этих исследований использовались при разработке регламентов применения пестицидов и регистрации новых зарубежных препаратов в СССР Госхим-комиосией и Комитетом по регламентации применения пестицидов МЗО СССР,
Проводилась оценка наиболее широко используемых инсектицидов, как загрязнителей окружающей среды и продуктов урожая, на основе экспериментального изучения их поведения в условиях ротации культур по схеме зернового и зерно-свекловичного севооборотов. Исследования проводились в трех полевых стационарах /12-летний опыт/, размещенных, в различных почвенно-климатических зонах /Киевский—юг центрального Полесья, Полтавский — юго-восточная Лесостепь и Одесский — южная Степь/,
Изучение фактического содержания пестицидов в подземных водах, водных растениях и воде лиманов Причерноморской низменности Одесской, Николаевской и Херсонской областей УССР проводилось в течение 5 лет /1979—82 гг./ совместно с Причерноморской геологоразведочной экспедицией, а-также с институтом Гидробиологии АН УССР.
Научная новизна результатов исследований.
Необходимым условием организации мониторинга пестицидов в агроэкосистеме является оснащение контрольных лабораторий методами анализов. Анализ следовых количеств органических веществ, в том числе и пестицидов, является той областью аналитической химии, достижения которой широко используются в практике охраны природы и здоровья населения Научная новизна проведенной работы заключается в следующем:
обоснован выбор наиболее перспективных методов анализа пестицидов в различных объектах;
дана характеристика хроматографического и полярографического поведения хлор- и фосфорорганических препаратов;
разработана методика хроматографического определения дипольного момента органических веществ и использования этого показателя при идентификации пестицидов;
изучено применение различных видов полярографии при анализе пестицидов в объектах окружающей среды,
разработана методика идентификации пестицидов при комбинированном применении разных препаратов в технологии защиты растений,
обосновано использование в качестве модели, отражающей процессы деструкции пестицидов в растениях, константы скорости их разложения,
разработана методика оценки опасности загрязнения пестицидами агрозкосистемы,
предложены критерии экотоксикологической оценки степени опасности последствий применения пестицидов.
Теоретическое значение работы состоит в-
обоснования принципов нормирования применения пестицидов на основе представлений о волновых процессах саморегуляции биологических систем организменного, популя-ционного и биоценологических уровней, проявляющихся в форме подвижного равновесия взаимодействующих антогонисти-ческих компонентов системы;
разработке мониторинга пестицидов в агроэкосистемах, основанного на комплексном развитии методов определения токсичных веществ;
исследовании связей в системах пестицид — растение, пестицид—почва, пестицид—климат, позволившем обосновать ассоциативный показатель поведения пестицидов, характеризующий скорость их разложения и способность миграции в объектах агрозкосистемы;
разработке критериев оценки последствий применения пестицидов и модели прогнозирования экотоксикологической
ситуации при планируемой системе химической защиты paC-
ТЄіНИЙ. ч
Практическое значение работы.
Результаты исследований получили следующее практическое применение;
11 методик определения пестицидов в растениях, почве и воде природных водоемов утверждены в качестве официальных в ССОР, Методики используются в агрохимических и контрольно-токсикологических лабораториях страны.
способ количественного определения 0,0-диметил-5-/Ы-метил-карбамидометила/-дитиофосфата внедрен на Лужском химическом заводе Ленинградской области;
методические рекомендации по оценке уровня потенциального загрязнения окружающей среды пестицидами при обработке сельскохозяйственных культур одобрены Управлением защиты растений ГШО «Укрсельхозхимия» и включены в «Справочник по контролю. за применением пестицидов», изданный в 1989 г. издательством «Урожай» /Киев/;
данные по динамике остатков пестицидов использованы при разработке дифференцированной регламентации сроков обработок сельскохозяйственных культур по агроклиматическим зонам УССР /МСХ УССР, Киев, 1984/.
Апробация результатов работы.
Основные положения и результаты исследований доложены и обсуждены на Ученом Совете УкрНИИ защиты растений /1990/, II Всесоюзном совещании по исследованию остатков пестицидов /Таллин, 1971/; V Всесоюзном совещании по полярографии /Кишинев, 1972/; IV Всесоюзном совещании по полярографии органических соединений /Рига, 1975/; VII Всесоюзном совещании по полярографии /Тбилисси, 1978/; III Всесоюзном совещании по анализу остатков пестицидов /Москва, 1979/; IV Всесоюзной конференции по аналитической химии органических соединений /Москва, 1980/; XII Менделеевском съезде общей и прикладной химии /Баку, 19&1/; III Всесоюзном совещании «Экологические исследования пестицидов» /Пущино, 1982/;. V Всесоюзной конференции по аналитической химии органических соединений /Москва, 1984/; I Всесоюзной научно-технической конференции по аналитической химии «Комплексное использование пестицидов и других средств химизации» /Москва, 1986/; Симпозиуме «Деградация пестицидов в условиях интенсивных технологий выращивания сельскохозяйственных культур /Рига, 1987/; Всесоюзной научно-технической конференции «Актуальные вопросы охраны окружающей среды от антропогенного воздействия» /Севастополь, 1989/; Всесоюзной научно-технической конференции «Совершенствование научного обеспечения применения средств химизации в земледелии» /Москва, 1989/.
Публикация результатов исследований.
По результатам исследований опубликовано 80 научных работ, получено 2 авторских свидетельства, изданы 11 методик по определению пестицидов, утвержденных в качестве официальных в стране, 3 рекомендации производству, 2 справочника.
Основные положения, которые выносятся на защиту.
-
Разработка хроматографических и полярографических методов анализа пестицидов в объектах агроэкосистем на основе установленной зависимости поведения соединений от их полярности, характеризуемой дипольным моментом молекулы
-
Использование для характеристики персистентности химических средств и расчета регламента их применения модели процесса превращения пестицидов в растениях и почве, в которой ассоциативным показателем является константа скорости распада вещества в условиях определенных почвен-но-климатических зон
-
Экотоксикологические критерии и модель оценки и прогнозирования потенциальной опасности загрязнения окружающей среды ксенобиотиками при планировании и проведении химических мер по защите растений.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа изложена на 264 страницах машинописного текста Состоит из предисловия, введения, четырех глав, выводов, рекомендаций производству, включает 37 таблиц, 33 рисунка. Список использованной литературы содержит 287 наименований, в том числе 64 иностранных работы.