Пестициды: состав, применение и риски

Введение

Вещества, используемые для уничтожения вредителей

Пестициды – это вещества, используемые для борьбы с вредителями. К ним относятся гербициды, инсектициды, немациды, фунгициды и многие другие (см. таблицу). Наиболее распространенными из них являются гербициды, на которые приходится около 50% всего объема используемых в мире пестицидов. Большинство пестицидов применяются как средства защиты растений (также известные как продукты защиты растений), которые в целом защищают растения от сорняков, грибков или насекомых. В общем, пестицид – это химический или биологический агент (например, вирус, бактерия или грибок), который отпугивает, обезвреживает, уничтожает или иным образом подавляет вредителей. К целевым вредителям могут относиться насекомые, возбудители болезней растений, сорняки, моллюски, птицы, млекопитающие, рыбы, нематоды (круглые черви) и микробы, которые разрушают имущество, причиняют неудобства, распространяют болезни или являются переносчиками заболеваний. Наряду с этими преимуществами, пестициды также имеют недостатки, такие как потенциальная токсичность для человека и других видов.

Применение

В дополнение к основному применению в сельском хозяйстве, пестициды имеют ряд других областей применения. Пестициды используются для борьбы с организмами, которые считаются вредными или опасными для окружающей среды. Например, они применяются для уничтожения комаров, переносящих потенциально смертельные заболевания, такие как вирус Западного Нила, желтая лихорадка и малярия. Они также могут уничтожать пчел, ос или муравьев, способных вызывать аллергические реакции. Инсектициды могут защищать животных от болезней, вызываемых паразитами, такими как блохи. Неконтролируемые вредители, такие как термиты и плесень, могут наносить ущерб строениям, например, домам. Интегрированная защита растений, подразумевающая использование нескольких подходов к борьбе с вредителями, становится все более распространенной и успешно применяется в таких странах, как Индонезия, Китай, Бангладеш, США, Австралия и Мексика. Каждое применение пестицида связано с определенным риском. Правильное использование пестицидов снижает эти риски до уровня, признаваемого приемлемым регулирующими органами в области пестицидов, такими как Агентство по охране окружающей среды США (EPA) и Агентство по регулированию пестицидов (PMRA) Канады. ДДТ, распыляемый на стены домов, является хлорорганическим соединением, которое с 1940-х годов используется для борьбы с переносчиками малярии (комарами). Всемирная организация здравоохранения рекомендует этот подход. Он и другие хлорорганические пестициды были запрещены в большинстве стран мира из-за их стойкости в окружающей среде и токсичности для человека. Эффективность ДДТ снизилась, поскольку устойчивость к нему была выявлена в Африке уже в 1955 году, а к 1972 году девятнадцать видов комаров по всему миру стали устойчивы к ДДТ.

Использованное количество

Общее использование пестицидов в сельском хозяйстве в 2021 году составило 3,54 миллиона тонн действующих веществ (Mt), что на 4% больше, чем в 2020 году, на 11% больше за десятилетие и вдвое больше, чем в 1990 году. Использование пестицидов на площадь пахотных земель в 2021 году составило 2,26 кг на гектар (кг/га), что на 4% больше, чем в 2020 году; использование пестицидов на стоимость сельскохозяйственной продукции составило 0,86 кг на тысячу международных долларов (кг/1000 I$) (+2%); а использование пестицидов на человека составило 0,45 кг на душу населения (кг/чел) (+3%). В период с 1990 по 2021 год эти показатели увеличились на 85%, 3% и 33% соответственно. Бразилия была крупнейшим в мире потребителем пестицидов в 2021 году, с 720 тыс. тонн пестицидов для сельскохозяйственного использования, в то время как США (457 тыс. тонн) были вторым по величине потребителем. Применение пестицидов на площадь пахотных земель в 2021 году сильно варьировалось: от 10,9 кг/га в Бразилии до 0,8 кг/га в Российской Федерации. Уровень в Бразилии был примерно вдвое выше, чем в Аргентине (5,6 кг/га) и Индонезии (5,3 кг/га).

Профессиональное воздействие среди сельскохозяйственных работников

По оценкам Всемирной организации здравоохранения и Программы ООН по окружающей среде, ежегодно в развивающихся странах 3 миллиона сельскохозяйственных рабочих подвергаются серьезному отравлению пестицидами, что приводит к 18 000 смертей. Помимо сельскохозяйственных рабочих, риску воздействия пестицидов на здоровье подвергаются и другие профессиональные группы, включая грумеров домашних животных, садовников и дезинсекторов. Использование пестицидов в быту, нерегулируемые продукты и занятость нелегальных работников в сельском хозяйстве затрудняют определение фактического уровня воздействия пестицидов. По оценкам, от 50 до 80% случаев отравления пестицидами остаются незарегистрированными. Недоучет случаев отравления пестицидами особенно распространен в районах, где сельскохозяйственные рабочие менее склонны обращаться за медицинской помощью в учреждения, осуществляющие мониторинг или учет случаев острых отравлений. Масштабы случайного отравления пестицидами, вероятно, значительно превышают имеющиеся данные, особенно в развивающихся странах. В мировом масштабе сельское хозяйство и производство продуктов питания остаются одними из крупнейших отраслей. В Восточной Африке сельскохозяйственный сектор является одним из крупнейших секторов экономики, и почти 80% населения зависит от сельского хозяйства как источника дохода. Фермеры в этих регионах полагаются на пестициды для поддержания высоких урожаев. Некоторые правительства Восточной Африки переходят к корпоративному фермерству, а возможности для иностранных корпораций управлять коммерческими фермами привели к более доступным исследованиям использования пестицидов и воздействия на рабочих. В других регионах, где большая часть населения занимается натуральным хозяйством и мелким фермерством, оценить использование и воздействие пестицидов сложнее.

Отравление пестицидами

Пестициды могут оказывать токсическое воздействие на человека и другие нецелевые виды, степень тяжести которого зависит от частоты и интенсивности воздействия. Токсичность также зависит от скорости всасывания, распределения в организме, метаболизма и выведения веществ из организма. Широко используемые пестициды, такие как органофосфаты и карбаматы, действуют, ингибируя активность ацетилхолинестеразы, что препятствует расщеплению ацетилхолина в нейронном синапсе. Избыток ацетилхолина может вызывать такие симптомы, как мышечные спазмы или тремор, спутанность сознания, головокружение и тошнота. Исследования показывают, что у работников ферм в Эфиопии, Кении и Зимбабве наблюдается снижение концентрации ацетилхолинестеразы в плазме крови – фермента, отвечающего за расщепление ацетилхолина, действующего на синапсы по всей нервной системе. Другие исследования, проведенные в Эфиопии, выявили снижение функции дыхания у работников ферм, опрыскивающих посевы пестицидами. Множественные пути воздействия пестицидов на работников сельского хозяйства увеличивают риск отравления, включая дермальное всасывание при ходьбе по полям и применении препаратов, а также ингаляционное воздействие.

Измерение воздействия пестицидов

Существует несколько подходов к измерению воздействия пестицидов на человека, каждый из которых предоставляет оценку внутренней дозы. Два основных подхода включают измерение биомаркеров и маркеров биологического эффекта. Первый подход предполагает прямое измерение исходного соединения или его метаболитов в различных средах: моче, крови, сыворотке. Биомаркеры могут включать прямое измерение соединения в организме до его биотрансформации в процессе метаболизма. Другие подходящие биомаркеры могут включать метаболиты исходного соединения после его биотрансформации в процессе метаболизма. Для применения этого метода оценки воздействия к профессиональному воздействию пестицидов на сельскохозяйственных рабочих необходимо лучше понимать механизмы токсического действия пестицидов. Альтернативные методы оценки воздействия включают анкетирование для выявления у участников симптомов, связанных с отравлением пестицидами. Симптомы, о которых сообщают сами участники, могут включать головные боли, головокружение, тошноту, боли в суставах или респираторные симптомы. В связи с критическими периодами развития плода и новорожденных, эти неработающие группы населения более уязвимы к воздействию пестицидов и могут иметь повышенный риск развития нейрокогнитивных нарушений и задержки развития. Кроме того, использование пестицидов может негативно сказываться на соседних сельскохозяйственных угодьях, поскольку вредители могут перелетать и повреждать близлежащие культуры, на которых не применяются пестициды. Помимо этого, использование пестицидов снижает биоразнообразие, способствует сокращению численности опылителей, разрушает среду обитания (особенно для птиц) и угрожает исчезающим видам. В частности, ДДТ и другие хлорорганические пестициды, отличавшиеся стабильностью и липофильностью, способны к биоаккумуляции в организме и пищевой цепи и распространились по всей планете. Устойчивые пестициды больше не используются в сельском хозяйстве и не будут одобрены регулирующими органами. Однако следы этих веществ все еще обнаруживаются у людей в концентрациях на 5–10 раз ниже, чем в 1970-х годах. Современные пестициды должны быть подвержены разложению в окружающей среде. Такое разложение обусловлено как присущими соединениям химическими свойствами, так и факторами окружающей среды. Например, наличие галогенов в химической структуре часто замедляет разложение в аэробных условиях. Адсорбция в почве может замедлить перемещение пестицидов, но также может снизить их биодоступность для микроорганизмов, осуществляющих разложение. Загрязнение окружающей среды пестицидами можно контролировать с помощью биоиндикаторов, таких как пчелы-опылители. Дополнительные затраты включают процесс регистрации и стоимость приобретения пестицидов, которые обычно несут агрохимические компании и фермеры соответственно. Процесс регистрации может занимать несколько лет (включает 70 различных типов полевых испытаний) и стоить от 50 до 70 миллионов долларов на один пестицид. Эти методы становятся все более популярными и часто безопаснее традиционных химических пестицидов. Кроме того, EPA регистрирует все больше пестицидов с пониженным риском.

There are multiple approaches to measuring a person's exposure to pesticides, each of which provides an estimate of an individual's internal dose. Two broad approaches include measuring biomarkers and markers of biological effect. The former involves taking direct measurement of the parent compound or its metabolites in various types of media: urine, blood, serum. Biomarkers may include a direct measurement of the compound in the body before it's been biotransformed during metabolism. Other suitable biomarkers may include the metabolites of the parent compound after they've been biotransformed during metabolism. Better understanding of how pesticides elicit their toxic effects is needed before this method of exposure assessment can be applied to occupational exposure of agricultural workers. Alternative methods to assess exposure include questionnaires to discern from participants whether they are experiencing symptoms associated with pesticide poisoning. Self reported symptoms may include headaches, dizziness, nausea, joint pain, or respiratory symptoms. Because of critical development periods of the fetus and newborn children, these non working populations are more vulnerable to the effects of pesticides, and may be at increased risk of developing neurocognitive effects and impaired development. Furthermore, pesticide use can adversely impact neighboring agricultural activity, as pests themselves drift to and harm nearby crops that have no pesticide used on them. In addition, pesticide use reduces biodiversity, contributes to pollinator decline, destroys habitat (especially for birds), and threatens endangered species. in particular DDT and other organochlorine pesticides, which were stable and lipophilic, and thus able to bioaccumulate in the body and the food chain. and which spread throughout the planet. Persistent pesticides are no longer used for agriculture, and will not be approved by the authorities.) residues can still be detected in humans at levels 5 to 10 times lower than found in the 1970s. Pesticides now have to be degradable in the environment. Such degradation of pesticides is due to both innate chemical properties of the compounds and environmental processes or conditions. For example, the presence of halogens within a chemical structure often slows down degradation in an aerobic environment. Adsorption to soil may retard pesticide movement, but also may reduce bioavailability to microbial degraders. Pesticide contamination in the environment can be monitored through bioindicators such as bee pollinators. Additional costs include the registration process and the cost of purchasing pesticides: which are typically borne by agrichemical companies and farmers respectively. The registration process can take several years to complete (there are 70 different types of field tests) and can cost $50–70 million for a single pesticide. These methods are becoming increasingly popular and often are safer than traditional chemical pesticides. In addition, EPA is registering reduced risk pesticides in increasing numbers.

Методы выращивания

В практику выращивания входят поликультура (выращивание нескольких видов растений), севооборот, посадка культур в районах, где не обитают вредители, повреждающие их, планирование сроков посадки с учетом периода наименьшей активности вредителей, а также использование сидеральных культур, привлекающих вредителей от основной культуры. В других системах сидеральные культуры могут оказаться неэффективными для снижения численности вредителей в коммерческих масштабах, даже если они успешно работают в лабораторных условиях.

Использование других организмов

Выпуск других организмов, борющихся с вредителем, – еще один пример альтернативы использованию пестицидов. Эти организмы могут включать в себя естественных хищников или паразитов вредителей, например, для борьбы с американским белым мотылем и цыганским мотылем. Это дорогостоящий и медленный метод, который эффективен лишь в отношении определенных видов насекомых.

Стратегия "подвига и тяги"

Термин "push pull" был введен в 1987 году как подход к интегрированной защите растений (IPM). Эта стратегия использует сочетание поведенчески-модифицирующих стимулов для управления распределением и численностью насекомых-вредителей. "Push" означает отпугивание или предотвращение проникновения насекомых к защищаемому ресурсу. "Pull" означает использование определенных стимулов (семиохимических стимулов, феромонов, пищевых добавок, визуальных стимулов, генетически модифицированных растений и т.д.) для привлечения вредителей к ложным культурам, где они будут уничтожены. Для реализации стратегии "push pull" в IPM требуется множество различных компонентов. По всему миру проведено множество исследований, подтверждающих эффективность подхода "push pull". Наиболее успешная стратегия "push pull" была разработана в Африке для нужд мелких фермерских хозяйств. Еще одним успешным примером является контроль геликоверпы на посевах хлопка в Австралии. В Европе, на Ближнем Востоке и в Соединенных Штатах стратегии "push pull" успешно применялись для борьбы с Sitona lineatus на посевах бобовых. Растет устойчивость вредителей к пестицидам, что делает альтернативные методы более привлекательными.

Биопестициды

Биопестициды – это определенные виды пестицидов, получаемые из природных материалов, таких как животные, растения, бактерии и некоторые минералы. Например, рапсовое масло и пищевая сода обладают пестицидными свойствами и считаются биопестицидами. Биопестициды подразделяются на три основных класса:

Микробные пестициды, состоящие из бактерий, энтомопатогенных грибов или вирусов (иногда включают также метаболиты, производимые бактериями или грибами). Энтомопатогенные нематоды также часто относят к микробным пестицидам, несмотря на их многоклеточное строение. Биохимические пестициды, или растительные пестициды, – это природные вещества, контролирующие (или отслеживающие, в случае феромонов) вредителей и микробные заболевания. Растения с встроенной защитой (PIP) содержат генетический материал других видов, внедренный в их собственный генетический материал (то есть ГМ-культуры). Их применение вызывает споры, особенно во многих странах Европы.

Международный

Во многих странах пестициды должны быть одобрены для продажи и использования государственным органом. Во всем мире 85% стран имеют законодательство о пестицидах, регулирующее их надлежащее хранение, и 51% включают положения, обеспечивающие надлежащую утилизацию устаревших пестицидов. Несмотря на то, что правила регулирования пестицидов различаются в разных странах, сами пестициды и продукция, обработанная ими, подвергаются международной торговле. Для устранения несоответствий в национальном регулировании, делегаты конференции Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН в 1985 году приняли Международный кодекс поведения в области распространения и использования пестицидов, чтобы установить добровольные стандарты регулирования пестицидов для различных стран. ФАО утверждает, что кодекс повысил осведомленность об опасностях, связанных с пестицидами, и сократил число стран, не имеющих ограничений на их использование. К другим усилиям по совершенствованию регулирования международной торговли пестицидами относятся Лондонские руководящие принципы ООН по обмену информацией о химических веществах в международной торговле и Комиссия ООН по кодексу пищевых продуктов (Codex Alimentarius). Первые направлены на внедрение процедур, обеспечивающих получение предварительного обоснованного согласия между странами, осуществляющими покупку и продажу пестицидов, а вторые – на создание единых стандартов для максимально допустимых уровней остатков пестицидов среди стран-участниц.

Соединенные Штаты

В Соединенных Штатах Агентство по охране окружающей среды (EPA) отвечает за регулирование пестицидов в соответствии с Федеральным законом об инсектицидах, фунгицидах и родентицидах (FIFRA) и Законом о защите качества пищевых продуктов (FQPA). Для установления условий, при которых вещество безопасно в использовании, и его эффективности против целевых вредителей, необходимо проводить исследования. EPA регулирует пестициды, чтобы гарантировать, что эти продукты не оказывают негативного воздействия на здоровье человека или окружающую среду, уделяя особое внимание здоровью и безопасности детей. Пестициды, произведенные до ноября 1984 года, продолжают переоцениваться для соответствия современным научным и нормативным стандартам. Все зарегистрированные пестициды пересматриваются каждые 15 лет для подтверждения соответствия установленным требованиям. Доступ к этим данным должен быть обеспечен сотрудникам, а также государственным и территориальным органам по регулированию в области охраны окружающей среды. Помимо EPA, Министерство сельского хозяйства США (USDA) и Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) устанавливают нормы содержания остатков пестицидов в сельскохозяйственной продукции. EPA оценивает потенциальное воздействие использования пестицидов на здоровье человека и окружающую среду. Кроме того, EPA США использует четырехэтапный процесс, разработанный Национальным исследовательским советом, для оценки риска для здоровья человека: (1) выявление опасности, (2) оценка зависимости «доза-эффект», (3) оценка экспозиции и (4) характеристика риска. В 2013 году округ Кауаи (Гавайи) принял законопроект № 2491 о внесении изменений в главу 22 кодекса округа, касающихся пестицидов и ГМО. Этот законопроект усиливает защиту местных сообществ на Кауаи, где многие крупные компании, производящие пестициды, испытывают свою продукцию. Первый закон, предоставляющий федеральные полномочия по регулированию пестицидов, был принят в 1910 году. В 2023 году Комитет по окружающей среде Европейского парламента одобрил решение, направленное на сокращение использования пестицидов на 50% (наиболее опасных – на 65%) к 2030 году и обеспечение устойчивого использования пестицидов (например, их применение только в крайних случаях). Решение также предусматривает меры по предоставлению фермерам альтернативных решений.

In the United States, the Environmental Protection Agency (EPA) is responsible for regulating pesticides under the Federal Insecticide, Fungicide, and Rodenticide Act (FIFRA) and the Food Quality Protection Act (FQPA). Studies must be conducted to establish the conditions in which the material is safe to use and the effectiveness against the intended pest(s). The EPA regulates pesticides to ensure that these products do not pose adverse effects to humans or the environment, with an emphasis on the health and safety of children. Pesticides produced before November 1984 continue to be reassessed in order to meet the current scientific and regulatory standards. All registered pesticides are reviewed every 15 years to ensure they meet the proper standards. These records must be made available to employees and state or territorial environmental regulatory agencies. In addition to the EPA, the United States Department of Agriculture (USDA) and the United States Food and Drug Administration (FDA) set standards for the level of pesticide residue that is allowed on or in crops. The EPA looks at what the potential human health and environmental effects might be associated with the use of the pesticide. In addition, the U. S. EPA uses the National Research Council's four step process for human health risk assessment: (1) Hazard Identification, (2) Dose Response Assessment, (3) Exposure Assessment, and (4) Risk Characterization. In 2013 Kaua'i County (Hawai'i) passed Bill No. 2491 to add an article to Chapter 22 of the county's code relating to pesticides and GMOs. The bill strengthens protections of local communities in Kaua'i where many large pesticide companies test their products. The first legislation providing federal authority for regulating pesticides was enacted in 1910. In 2023 The Environment Committee of European Parliament approved a decision aiming to reduce pesticide use by 50% (the most hazardous by 65%) by the year 2030 and ensure sustainable use of pesticides (for example use them only as a last resort). The decision also includes measures for providing farmers with alternatives.

Остатки

Остатки пестицидов – это пестициды, которые могут оставаться на или в пищевых продуктах после обработки ими сельскохозяйственных культур. Максимально допустимые уровни (МДУ) пестицидов в пищевых продуктах тщательно устанавливаются регулирующими органами, чтобы, по их оценке, исключить негативное воздействие на здоровье. Нормативные требования, такие как сроки ожидания после обработки, также часто запрещают сбор урожая сельскохозяйственных культур или продуктов животноводства, если они были обработаны недавно, чтобы концентрация остатков со временем снизилась до безопасного уровня перед сбором урожая. Воздействие этих остатков на население происходит, главным образом, через употребление в пищу обработанных продуктов или при близком контакте с обработанными пестицидами территориями, такими как фермы или газоны. Пестициды, обладающие стойкостью, больше не используются в сельском хозяйстве и не будут одобрены контролирующими органами. Поскольку период полураспада в почве длительный (для ДДТ – 2–15 лет), остатки все еще могут обнаруживаться у людей, но в концентрациях в 5–10 раз ниже, чем в 1970-х годах. Контроль за содержанием остатков осуществляется контролирующими органами. В 2016 году более 99% образцов сельскохозяйственной продукции США не содержали остатков пестицидов или содержали уровни остатков значительно ниже допустимых уровней, установленных EPA для каждого пестицида.