Полная версия

Главная arrow География arrow Биоиндикация загрязнений

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Загрязнение пестицидами

Пестициды представляют собой обширную группу веществ, имеющих, как правило, органическое происхождение. Среди них выделяют, например:

инсектициды — вещества, предназначенные для уничтожения вредных насекомых (ДДТ, линдан, алдрин, диэлдрин, хлордан, гептахлор, эндрин, метоксихлор и

др-);

фунгициды — вещества, применяемые для борьбы с фитопатогенными грибками (гексахлорбензол (ГХБ), хлорфепол, цинеб и др.);

гербициды — вещества, уничтожающие сорные растения (альгициды — препараты, предназначенные для борьбы с водорослями; арборициды — средства борьбы с древесной и кустарниковой растительностью). К числу наиболее часто используемых гербицидов относятся карбаматы, тиокарбаматы, атразин, ирометрин, пропа- хлор;

родентициды — вещества, предназначенные для борьбы с грызунами;

нематоциды — вещества, токсичные для червей класса нематод.

Современные пестициды принадлежат к трем основным классам химических соединений — хлороргапическим, фосфороргапическим и карбаматам. В окружающую среду они попадают при авиационной и наземной обработке сельскохозяйственных культур, угодий и лесов, с дождевыми и талыми водами, при обработке водоемов с целью уничтожения водорослей, моллюсков, комаров и других переносчиков заболеваний человека и животных, сорной растительности, а также со сточными водами предприятий, производящих пестициды.

Пестициды, попавшие в атмосферный воздух и в природные воды, за счет фотохимического окисления и гидролиза разрушаются с образованием различных органических и неорганических соединений. Проблема загрязнения окружающей среды пестицидами имеет несколько аспектов.

  • 1. Пестициды распространяются далеко за пределы тех агросистем, где они были внесены. Они присутствуют во всех областях земного шара и, проходя по пищевым цепям, аккумулируются в биомассе. Так, например, в снеге Антарктиды было обнаружено содержание ДДТ до 40 нг/кг. Средняя концентрация его в пресной воде наземных экосистем варьируется от 3 до 187 иг/л. Наличие хлороргаиических соединений в Антарктиде впервые было продемонстрировано па пингвинах. В организмах арктических морских птиц были обнаружены ПХБ и ДДТ. Следы ДДТ отмечены в жировых тканях атлантических тюленей, дельфинов и рыб.
  • 2. Многие пестициды имеют высокую стабильность в природных средах. Период полураспада, например, ДДТ в воде составляет 10 лет, диэлдрина — более 20 лет.
  • 3. Для пестицидов характерен широкий спектр токсического воздействия, благодаря чему они оказывают влияние па все живые организмы.
  • 4. Многие пестициды метаболируют с образованием более токсичных и очень устойчивых в окружающей среде веществ. Некоторые механизмы биотического дехлорирования хлороргаиических соединений представлены па рисунке 46. Так, па- пример, ДДТ при участии микроорганизмов превращается в дихлордифеиилди- хлорэтаи (ДДД), а под действием солнечного света — в дихлордифенилдихлорэти- лен (ДДЭ). Эти метаболиты не уступают ДДТ по токсичности и устойчивости. В анаэробных условиях проходят следующие восстановительные реакции: пента- хлорнитробензол —> пеитахлораиилин; паратиои —> амииопаратион; токсафеи —> ди- хлорированный токсафеи; линдан —> бензол; ДДТ —> ДДД.

Специфическая биоиндикация загрязнения пестицидами основана на изучении химического состава живых организмов. Пестициды аккумулируются в жировых тканях, печени, мозге и мышцах животных, в молоке, яйцах. Концентраторами пестицидов являются насекомые, планктон, водоросли. Пестициды спо-

Механизмы биотического дехлорирования (Экологическая химия, 1996) собны мигрировать по пищевым цепям, накапливаясь в высших трофических звеньях

Рис. 46. Механизмы биотического дехлорирования (Экологическая химия, 1996) собны мигрировать по пищевым цепям, накапливаясь в высших трофических звеньях.

ДДТ широко применялся в середине XX в. в качестве инсектицида в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями и в медицине для борьбы с малярией. В природе это вещество не встречается, впервые оно было синтезировано О. Цейдлером в 1874 г., но не находило применения до открытия в 1930 г. П. Мюллером его инсектицидных свойств. Производство ДДТ, начатое в 1943 г., неуклонно возрастало вплоть до 1969 г. С 1950 по 1970 г. на земном шаре было использовано около 4,5 млн т ДДТ. Подсчитано, что в 1960 г., когда ДДТ применяли особенно широко, па территорию Англии с дождями ежегодно выпадало 20 т этого пестицида. Первые ограничения употребления ДДТ были нацелены па минимизацию его остаточных количеств в пищевых продуктах и кормах для мясомолочного скота. Затем на основании широких токсикологических исследований были подготовлены законопроекты о запрещении его дальнейшего производства во многих странах. Другой важной причиной ограничения использования ДДТ было повышение резистентности вредителей. В СССР его применение в сельском хозяйстве было прекращено с 1970 г. и были установлены нормы его предельного остаточного содержания в овощах, фруктах и кормах для сельскохозяйственных животных. ДДТ относится к химическим соединениям 1-го класса токсичности, для него ЛДзо составляет 200 мг/кг, ПДКпочв —0,1 мг/кг, ПДКрабочей зоны в воздухе —0,1 мг/м3, в воде водных объектов для хозяйственно- питьевого и культурно-бытового водопользования ПДКВОДы — 0,1 мг/л, в воде рыбо- хозяйственных водоемов оно должно практически полностью отсутствовать (ПДК = 0,00001 мг/л).

ДДТ представляет собой типичный контактный яд, который сравнительно быстро проникает через кожу. При этом нарушается нормальный цикл в мембранах нервных клеток с понижением чувствительности Na+-насоса, поэтому после возбуждения нервных сигналов не происходит восстановления нормального потенциала покоя. Наряду с контактным эффектом ДДТ обладает и кишечным действием. У млекопитающих ДДТ медленно метаболируется в 2,2-бис(парахлорфеиил)- 1,1 -дихлорэтилен (ДДЭ), 2,2-бис(парахлорфенил)-уксусную кислоту (ДДУ) и 2,2-бис(парахлорфенил)-1,1-дихлорэтан (ДДЦ).

ДДТ обладает резко выраженной способностью к биоаккумуляции и накапливается в тканях, особенно жировых, печени, мозге и мышцах позвоночных животных, в молоке и яйцах, а также в насекомых, планктоне и водорослях. При уровне содержания ДДТ в воде около 1 нг/л в организме рыб концентрации его могут достигать п мг/кг массы тела. В организмах, находящихся на вершинах пищевых цепей (например, человек и хищные животные), содержание его может быть на несколько порядков больше, чем в окружающей среде. В качестве примера можно привести изменение содержания ДДТ в различных группах организмов в одном из калифорнийских озер после обработки этим веществом. Концентрация его в воде после обработки составила 0,02 мг/кг, в планктоне—10 мг/кг, в планктоноядных рыбах —900 мг/кг, в хищных рыбах —2700 мг/кг, в птицах, питающихся рыбой,— 2100 мг/кг. Считается, что 90% ДДТ, накапливаемого в организме человека, поступает из продуктов питания. Максимально допустимые уровни содержания ДДТ и его метаболитов в пищевых продуктах приведены в таблице 71.

Специфическая биоиндикагщя загрязнения ДДТ осуществляется по накоплению поллютанта в организмах. Низкой способностью поглощения ДДТ характеризуются наземные растения — коэффициент концентрации (Кк), равный отношению содерТаблица 71. Допустимые уровни содержания (мг/кг) некоторых пестицидов в продуктах питания (СанПиН 2.3.2.560-96)

Продукты питания

ДДТ

и его

метаболиты

гхцг

(альфа-, бета-, гамма-изомеры)

Мясо, колбасы, консервы

0,1

0,1

Молоко, кисломолочные продукты

0,1

0,1

Яйца и продукты их переработки

0,1

0,1

Рыба морская

0,2

0,2

Рыба пресноводная

0,3

0,03

Зерно продовольственное, мука

0,02

0,5

Сахар, мед

0,005

0,005

Картофель, зеленый горошек, сахарная свекла

од

0,1

Овощи, бахчевые, грибы

0,1

0,5

Фрукты, ягоды, виноград

од

0,05

жания ДДТ в организме к содержанию в среде, составляет 0,01-0,13. В водных объектах интенсивность поглощения ДДТ резко увеличивается, и Кк в высших водных растениях, планктоне и водорослях может достигать 100 000. Высокой поглощающей способностью отличаются рыбы. В некоторых видах обнаружено содержание ДДТ от 0,1 до 1000 мг/кг. Известна высокая аккумуляция ДДТ устрицами —Кк составляет 13 300-70 000. Средняя концентрация ДДТ в жировых тканях человека составляет около 3 частей на 1 млн, а ДЦЭ — около 7,5 частей па 1 млн. ДДЦ представляет собой основной продукт превращения ДДТ, встречающийся в липидах печени рыб и крыс. ДДУ является основным продуктом трансформации ДДТ, выделяющимся у млекопитающих с мочой в виде конъюгата с серином и аспарагиновой кислотой. Хотя ДДУ менее токсична для млекопитающих, чем ДДТ, это метаболическое превращение не является истинной дезинтоксикацией. Конъюгированная ДДУ и неизмененный ДДТ выделяются также в желчь. У мух ДДТ метаболируется с образованием ДДЭ.

Морфологические, анатомические и поведенческие отклонения индикаторных видов могут быть использованы как дополнительные признаки неспецифической индикации. ДДТ отрицательно влияет па репродуктивную функцию, снижает жизнеспособность потомства, обладает цитогенетическими и эмбриотоксическими свойствами, приводит к иммунологическим изменениям в организме лабораторных животных. Большие количества ДДТ в организме вызывают паралич конечностей. Сила воздействия его на нервную систему у различных организмов проявляется по- разному, что связано с биологическими факторами. Несмотря па высокую токсичность ДДТ для большинства организмов, существует группа видов, устойчивых к воздействию этого пестицида. К их числу относятся саранча Melanoplus differental- is, ваточный клоп Oneopeltis fasciatus, свекловичный долгоносик Bothynoderes рипс- tiventris, тли, растительноядные клещи, тараканы и др. Повышение резистентности к воздействию ДДТ по мере его применения было отмечено у мухи Musca domestica.

Наряду с накоплением токсиканта в организмах показательными являются изменения в численности популяций птиц, и прежде всего сокращение количества дневных хищных птиц. Оно обусловлено комплексом факторов, одним из которых является загрязнение хлороргаиическими соединениями, в том числе и ДДТ. На рисунке 47 представлено воздействие ДДТ па биологические параметры размножения птиц. С увеличением концентрации ДДТ в насиживающих птицах возрастает коли-

?- Зависимость биологических параметров размножения насиживающих птиц от загрязнения ДДТ или ДДЭ (Биоиндикация загрязнений... 1988)

Рис. 4?- Зависимость биологических параметров размножения насиживающих птиц от загрязнения ДДТ или ДДЭ (Биоиндикация загрязнений... 1988)

Связь между толщиной скорлупы и содержанием ДДЭ в яйцах ястреба Ас- cipiter nisus (Conrad, 1977)

Рис. 48. Связь между толщиной скорлупы и содержанием ДДЭ в яйцах ястреба Ас- cipiter nisus (Conrad, 1977)

чество оставшихся яиц в кладке, так что при содержании ДДТ более 2,5 мкг/г птенцы вообще не вылупливаются. Снижение численности птиц связано в совокупности со следующими факторами: с изменением диффереицировки фолликулов у самок, замедленным образованием яиц, пониженной оплодотворяемостыо и выводимостью, истончением яичной скорлупы, удлинением сроков высиживания, разрушением яиц, нарушением поведения при высиживании. Влияние повышенного содержания ДДЭ в скорлупе птиц на истончение скорлупы с последующим снижением рождаемости птенцов продемонстрировано па рисунке 48.

ДДТ является веществом, подозреваемым как канцероген для животных. При пероральном введении мышам ДДТ индуцировал доброкачественные и злокачественные опухоли печени, а также лимфомы и опухоли легких. При подкожном введении мышам и пероральном — крысам он вызывал опухоли печени. Доказательства канцерогенности ДДТ для животных достаточны. По данным некоторых авторов, уровень содержания ДДТ в тканях умерших от раковых заболеваний людей выше, чем в тканях лиц, умерших от других заболеваний. Однако активность в экспресс- тестах и каицерогеиность для человека не доказаны.

У лиц, имеющих профессиональный контакт с ДДТ, обнаружены нарушения функций печени, почек, патологические изменения органов кровообращения, дыхательных путей, кожных покровов. Он обладает слабым раздражающим действием, при отравлении им появляются головные боли, слабость, тошнота и рвота.

Гексахлорциклогексаи является инсектицидом комплексного действия. Он используется для защиты от эктопаразитов людей и животных, строений, одежды; им обрабатывают воду в целях борьбы с комарами, а также растения, лесные насаждения, сады, семена, почвы и т. д. Существуют а-, (3- и у-ГХЦГ. Наибольшей токсичностью характеризуется у-ГХЦГ, в быту он известен как пестицид лиидан. Это высокотоксичиый иейротропиый яд, обладающий эмбриотоксическим, кожно- резорбтивным и местнораздражающим действием. Он поражает кроветворную систему, является индуктором и субстратом микросомальных монооксигеиаз, аллергеном. у-ГХЦГ относится к 1-му классу опасности, значения его ЛДзо для различных лабораторных животных лежат в интервале 25-200 мг/кг. Для человека допустимая суточная доза составляет (мг/кг массы тела): для взрослых —0,01; для детей —0,005. ПДКраб0чей зоны Для этого пестицида —0,05 мг/м3, в воде водных объектов для хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования ПДКводы — 0,02 мг/л, в воде рыбохозяйственных водоемов его присутствие не допускается (ПДК = 0,00001 мг/л).

В атмосфере над Тихим океаном была зафиксирована концентрация ГХЦГ 0,25 нг/м3. В воздухе рабочих помещений заводов по производству ГХЦГ содержание его изомеров составляет (мг/м3): ос-ГХЦГ — 0,002-1,99, (3-ГХЦГ —0,001-0,38, у-ГХЦГ-0,004-0,15.

Содержание ГХЦГ в ПТК хорошо изучено. В супесчаной почве через 2 месяца после двукратной обработки им посевов из расчета 2 кг/га концентрация препарата составила 0,32-0,70 мг/кг. На Украине из 136 проб почвы в 27% случаев ГХЦГ определен в количествах 0,1-5,0 мг/кг.

В водоемы ГХЦГ поступает из почвы с поверхностными стоками и ирригационными водами. При содержании его в почве порядка 3,3-5 мг/кг в воду переходит 0,6 мг/л препарата. Если дожди идут сразу после внесения в почву пестицида, в водоемы поступает около 1% ГХЦГ. С необработанных площадей вынос препарата в 2 раза больше, чем со вспаханного поля. Поступление ГХЦГ в водоемы осуществляется также в результате непосредственного применения его для обработки воды при борьбе с комарами, а также за счет загрязнения сточными водами предприятий по производству пестицидов. В грунтовых водах концентрация его может составлять от следов до 4,4 • 10_3 мг/л. В водах Северной Атлантики в слое воды толщиной 0-100 м обнаружено содержание у-ГХЦГ порядка 10-9 —10“10 г/л, в Средиземном море оно не превышало 5,2 иг/л. На территории США поверхностных водах у-ГХЦГ обнаруживается повсеместно в концентрациях до 100 нг/л. В ФРГ содержание его в поверхностных водах составляет 0,005-7,1 мкг/л. Наибольший уровень у-ГХЦГ в питьевой воде (0,1 мкг/л) отмечен в США.

Структура доминирования и экологические параметры почвенных ногохвосток

Рис. 49. Структура доминирования и экологические параметры почвенных ногохвосток (а), клещей-орибатид (б) и гамазовых клещей (в) на клеверном поле спустя пять лет после обработки почвы у-ГХЦГ в сравнении с необработанным контролем: h — частичная мера информации вида; IP — разнообразие видов по Шеннону; Е — равномерность распределения по Пилоу; S — число видов; A IP—разница доминирования по Макартуру (Karg, 1964)

Специфическая индикация загрязнения компонентов окружающей среды ГХЦГ осуществляется по аккумуляции пестицида в живых организмах. Из почвы ГХЦГ проникает в растительный покров. Среднее содержание его в растениях составляет 0,011 ±0, 001 мг/кг. При содержании этого пестицида в почве 1 мг/кг в моркови его концентрация достигает 0,48 мг/кг, в кожуре картофеля — 0,8 мг/кг.

В организме пресмыкающихся (степные гадюки, ужи, ящерицы), которые обитают на участках, прилегающих к агроцепозам, содержание ГХЦГ достигало 30 мг/кг с частотой обнаружения от 10 до 100% случаев. У мышевидных грызунов оно составляло от 0,03 до 0,7 мг/кг. В тканях диких птиц и моллюсков концентрация данного пестицида определяется в пределах 0,001-0,25 мг/кг сырой массы. Содержание в зоопланктоне составляет 0,26 мкг/кг сырой массы, в кальмарах—1,1 мкг/кг, у дельфинов — 77 мкг/кг.

В рыбах содержание ГХЦГ изменяется от 0,08 до 2,43 мг/кг: в сазане —0,2- 0,85, карасе —0,4-1,04, леще — 0,08-1,6, судаке —0,45-2,43 мг/кг. У рыбоядных птиц препарат обнаружен в печени (0,8 мг/кг) и почках (8,95 мг/кг). В печени и жире тюленей найдены а-ГХЦГ и у-ГХЦГ в концентрациях до 0,008 нг/кг, в содержимом желудка пингвинов — в концентрации 0,001 мг/кг.

Неспецифическая индикация основывается па изменении численности организмов-индикаторов, видового разнообразия и структуры трофических связей. Накопление препарата в живых организмах приводит к снижению интенсивности процессов их жизнедеятельности. Существуют четкие различия в устойчивости почвенной мезофауны к воздействию ГХЦГ. На рисунке 49 показано изменение структуры доминирования и экологических параметров почвенных погохвосток, клещей-ориба- тид и клещей под воздействием ГХЦГ.

Признаками хронической интоксикации у человека при концентрации ГХЦГ в воздухе от 3-6 до 250 мг/м3 является головная боль, общее недомогание, головокружение, тяжесть в голове. Пропадает аппетит, появляется тошнота, одышка, шаткая походка, зуд. У лиц, запятых в производстве ГХЦГ, снижается обоняние, возникают хронические риниты. Развивается гипотония, но может появиться и гипертония, нарастающая при увеличении стажа работы. При хроническом воздействии ГХЦГ могут происходить изменение глазного дна, желудочно-кишечного тракта, угнетение функции почек. Выявлены случаи астматических явлений, поражения костного мозга, аллергических заболеваний и др.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>