Химические средства защиты урожая — пестициды — используются в сельском хозяйстве очень широко. В них входят гербициды, применяемые для борьбы с сорняками, фунгициды, защищающие растения от фитопатогенных грибов, инсектициды — средства защиты от вредных насекомых, нематициды — препараты против нематод и пр.
Широкое применение химических средств защиты урожая началось после 1939 г., когда швейцарский ученый П.Мюллер показал перспективность использования ДДТ [1,1-ди(4-хлорфенил)-2,2,2-трихлорэтана] при борьбе с вредными насекомыми. Открывались новые перспективы в борьбе с вредителями сельского хозяйства и с насекомыми — переносчиками болезней. Применение ДДТ в южных странах практически ликвидировало заболевание малярией, от которой гибли миллионы людей. Однако через некоторое время оказалось, что комары, переносящие заболевание, адаптировались к пестициду, и болезнь вновь приняла массовый характер. Тогда перешли на использование менее токсичного аналога ДДТ — мет-оксихлора (С16Н15С1302).
|
|
В дальнейшем выяснилось, что ДДТ очень медленно разлагается в почве. Накапливаясь в почве и растениях, он оказывает вредное влияние на организм человека и животных. Помимо высокой стойкости, для ДДТ и ряда других пестицидов характерна способность концентрироваться в биологических цепях. В продуктах животного происхождения они накапливаются больше, чем в растительных тканях. Получены убедительные доказательства отрицательного воздействия даже малых количеств хлорорганических соединений на здоровье людей, и многие страны отказались от применения таких препаратов. В нашей стране проводят гигиеническую оценку новых пестицидов. Ежегодно публикуется также Список химических и биологических средств борьбы с вредителями, болезнями растений, сорняками и регуляторов роста растений, разрешенных для применения в сельском хозяйстве.
Неумеренное применение пестицидов загрязняет окружающую среду и приводит к гибели многих ценных представителей фауны и флоры. Попадая в водные бассейны, пестициды вызывают вымирание промысловых животных. Поэтому к применению пестицидов нужно относиться крайне осторожно и отбирать для практического использования в сельском хозяйстве наименее вредные и быстро разлагающиеся соединения.
Пестициды и другие соединения неприродного происхождения (ксенобиотики), которые подвергаются полной минерализации (деградации) до С02 и Н20, NH3, сульфатов и фосфатов, обычно проходят весь метаболический путь и могут использоваться в качестве источника углерода и энергии членами микробного сообщества.
|
|
Трансформация соединений, разлагаемых в большей или меньшей степени, происходит обычно в результате кометаболизма. Иначе говоря, эти соединения не являются субстратом для роста микроорганизмов, но пока используются другие субстраты, организмы могут трансформировать их, хотя и медленно.
К соединениям, не поддающимся трансформации микроорганизмами, относятся синтетические полимеры и некоторые ароматические углеводороды. Каждый тип окружающей среды (почвы, водоемы и др.) обладает своей популяцией микроорганизмов. Даже в самых экстремальных условиях, при высокой температуре и низком рН, существуют определенные микроорганизмы. Однако именно благодаря разнообразию микробных сообществ, существующих в разнообразных, в том числе в экстремальных, условиях, а также вследствие гетерогенности природных популяций многие устойчивые ксенобиотики могут подвергнуться деградации.
Влияние пестицидов на почвенные микроорганизмы и обеззараживание почвы. Гербициды вносят в почву в небольших количествах — от граммов до килограммов на 1 га. Водорастворимые препараты не создают в местах внесения токсичных для большинства микроорганизмов концентраций. При распылении порошков и эмульсий образуются микрозоны, в которых селекционируется микрофлора, разлагающая пестицид, но основное микронаселение почвы остается незатронутым. В то же время использование гербицидов несколько снижает количество гумуса по сравнению с необработанными почвами. Это объясняется тем, что гербициды уменьшают поступление в почву растительных остатков сорняков.
Обычно применяемые в практике дозировки пестицидов, как правило, не влияют на жизнь почвы. Однако иногда происходит задержка процесса нитрификации, так как нитрификаторы очень чувствительны к различного рода сильным воздействиям. Малоустойчивы к гербицидам микроскопические грибы и водоросли.
Несомненно, что не все микроорганизмы одинаково чувствительны к определенным препаратам. Каждое химическое соединение больше всего поражает какую-то свою «мишень». Разработка этого вопроса может способствовать выявлению микробиологических показателей наличия и детоксикации определенных гербицидов в почве. Одни гербициды распадаются в почве через несколько недель, другие сохраняются больше года, существуют и еще более устойчивые вещества.
Иногда происходит конденсация веществ, образующихся из гербицидов, в трудноразлагаемые сложные соединения. Некоторые гербициды (симазин и др.), а также продукты их распада образуют с гумусовыми соединениями прочные комплексы. Это задерживает процесс их детоксикации.
В отношении инсектицидов имеются данные, свидетельствующие о довольно быстром распаде в почве фосфорорганических соединений (полтора—четыре месяца); хлорорганические соединения устойчивее.
Рассмотрим влияние пестицидов на взаимоотношения бобовых растений с клубеньковыми бактериями. Здесь наблюдаются значительные различия. Так, гербициды, ингибирующие фотосинтез (симазин, атразин), не действуют на образование клубеньков, но процесс азотфиксации подавляется ими вследствие недостатка ассимилятов для клубеньковых бактерий. Другие гербициды депрессируют активность находящихся в клубеньках бактерий и снижают азотфиксацию.
Таким образом, для бобовых культур следует особенно тщательно подбирать гербициды и желательно употреблять их в сниженных дозах. Предпочтительнее вообще использовать для этих культур почвы, очищенные от сорняков при выращивании предшественников.
Протравливать семена бобовых растений целесообразно не позднее чем за две недели до посева. Заражение же посевного материала клубеньковыми бактериями надо проводить в день посева.
|
|
Обработка почвы в защищенном грунте пестицидами в последнее время запрещена. Частично стерилизовать почву для парников и теплиц можно высокой температурой (пастеризация). В таких случаях горячий пар вводят в почву при помощи специальных приспособлений. Многие фитопаразиты погибают при температуре 55—60 °С, в связи с чем почву пастеризуют нагреванием до 70 °С в течение 1 ч. За это время погибают грибы родов Sclerotinia и Phytophtora. Другие патогенные организмы гибнут еще быстрее. Если температура прогрева ниже 70 °С, то время прогревания увеличивают.