Пестициды – это вещества, которые используются для борьбы с вредителями . [1] К ним относятся гербициды , инсектициды , нематициды , фунгициды и многие другие (см. таблицу). [2] Наиболее распространенными из них являются гербициды, на долю которых приходится примерно 50% всего использования пестицидов в мире. [3] Большинство пестицидов используются в качестве средств защиты растений (также известных как средства 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, выводит из строя, убивает или иным образом отпугивает вредителей. Целевыми вредителями могут быть насекомые, патогены растений , сорняки, моллюски , птицы , млекопитающие , рыба , нематоды (круглые черви) и микробы , которые разрушают имущество, причиняют неудобства или распространяют болезни или являются переносчиками болезней . Наряду с этими преимуществами пестициды также имеют недостатки, такие как потенциальная токсичность для человека и других биологических видов.
Слово «пестицид» происходит от латинских слов pestis (чума) и caedere (убийство). [5]
Продовольственная и сельскохозяйственная организация (ФАО) определила пестициды как:
Пестициды можно классифицировать по целевому организму (например, гербициды , инсектициды , фунгициды , родентициды и педикулициды – см. таблицу), [7]
Согласно EPA, биопестициды включают микробные пестициды, биохимические пестициды и защитные средства, содержащиеся в растениях. [8]
Пестициды можно разделить на структурные классы, при этом для каждого из целевых организмов, перечисленных и связанных в таблице выше, разработано множество структурных классов. Структурный класс обычно связан с одним способом действия , тогда как способ действия может охватывать более одного структурного класса.
Пестицидное химическое вещество ( активный ингредиент ) смешивается ( составляется ) с другими компонентами для получения продукта, который продается и применяется различными способами. Пестициды в газообразной форме являются фумигантами .
Пестициды можно классифицировать по способу их действия , который указывает точный биологический механизм, который пестицид нарушает. Способы действия важны для управления устойчивостью , они классифицируются и применяются комитетами по борьбе с устойчивостью к инсектицидам , гербицидам и фунгицидам .
Пестициды могут быть системными и несистемными. [9] [10] Системный пестицид перемещается (транслоцируется) внутри растения. Транслокация может быть направлена вверх по ксилеме , вниз по флоэме или и то, и другое. Несистемные пестициды (контактные пестициды) остаются на поверхности и действуют при прямом контакте с организмом-мишенью. Пестициды более эффективны, если они носят системный характер. Системность является обязательным условием для использования пестицида для обработки семян.
Пестициды можно разделить на стойкие (небиоразлагаемые) и непостоянные ( биоразлагаемые ). Чтобы получить одобрение властей, пестицид должен быть достаточно стойким, чтобы убивать или контролировать свою цель, но должен разлагаться достаточно быстро, чтобы не накапливаться в окружающей среде или пищевой цепи . [11] [12] Стойкие пестициды, включая ДДТ , были запрещены несколько десятилетий назад , за исключением распыления в домах для борьбы с переносчиками малярии . [13]
С библейских времен и до 1950-х годов в качестве пестицидов использовались неорганические соединения и растительные экстракты . [14] [15] Неорганические соединения представляли собой производные меди , мышьяка , ртути , серы и других, а растительные экстракты содержали пиретрум , никотин и ротенон , среди других. Менее токсичные из них до сих пор используются в органическом сельском хозяйстве . В 1940-х годах были представлены инсектицид ДДТ и гербицид 2,4-Д . Эти синтетические органические (то есть неорганические) соединения широко использовались и были очень прибыльными. В 1950-х и 1960-х годах за ними последовало множество других синтетических пестицидов, что привело к росту пестицидной промышленности. [14] [15] В этот период становилось все более очевидным, что ДДТ , который широко распылялся в окружающей среде для борьбы с переносчиками малярии , накапливался в пищевой цепи и стал глобальным загрязнителем , как обобщается в докладе известная книга « Тихая весна ». Наконец, ДДТ был запрещен в 1970-х годах в нескольких странах, а впоследствии все стойкие пестициды были запрещены во всем мире , за исключением распыления на внутренние стены для борьбы с переносчиками инфекции. [13]
Устойчивость к пестицидам была впервые обнаружена в 1920-х годах у неорганических пестицидов [14] , а позже было обнаружено, что развития устойчивости следует ожидать и важно принять меры по ее замедлению. Комплексная борьба с вредителями (IPM) была введена в 1950-х годах. Благодаря тщательному анализу и опрыскиванию только тогда, когда достигается экономический или биологический порог повреждения урожая, применение пестицидов сокращается. В 2020-х годах это стало официальной политикой международных организаций, промышленности и многих правительств. [15] С появлением высокоурожайных сортов в 1960-х годах в ходе « зеленой революции» стало использоваться больше пестицидов. [15] С 1980-х годов были введены генетически модифицированные культуры , что привело к снижению количества инсектицидов, используемых для их обработки. [15] Органическое сельское хозяйство, в котором используются только несинтетические пестициды, выросло и в 2020 году составит около 1,5 процента от общей площади сельскохозяйственных угодий в мире. [15]
Пестициды стали более эффективными. Нормы внесения упали с 1000-2500 граммов активного ингредиента на гектар (г/га) в 1950-е годы до 40-100 г/га в 2000-е годы. [15] Несмотря на это, использованные суммы увеличились. В странах с высоким доходом за 20 лет в период с 1990-х по 2010-е годы использованные объемы увеличились на 20%, а в странах с низкими доходами объемы увеличились на 1623%. [15]
Цель состоит в том, чтобы найти новые соединения или агенты с улучшенными свойствами, такими как новый способ действия или более низкая норма применения. Другая цель – заменить старые пестициды, которые были запрещены по причине токсичности или вреда для окружающей среды или стали менее эффективными из-за развития резистентности . [16] [17] [18] [19]
Процесс начинается с тестирования (скрининга) на целевые организмы, такие как насекомые , грибы или растения . Входными факторами обычно являются случайные соединения, натуральные продукты , [20] соединения, предназначенные для разрушения биохимической мишени, соединения, описанные в патентах или литературе, или организмы биоконтроля .
Соединения, активные в процессе скрининга, известные как хиты или лиды, не могут использоваться в качестве пестицидов, за исключением организмов биоконтроля и некоторых сильнодействующих натуральных продуктов. Эти свинцовые соединения необходимо оптимизировать путем серии циклов синтеза и тестирования аналогов. Для получения разрешения регулирующих органов на использование в качестве пестицидов оптимизированные соединения должны соответствовать ряду требований. [11] [12] Помимо того, что они эффективны (низкая норма применения), они должны демонстрировать низкую токсичность, низкое воздействие на окружающую среду и разумную стоимость производства. Стоимость разработки пестицида в 2022 году оценивалась в 350 миллионов долларов США. [21]
Более 25% существующих химических пестицидов содержат один или несколько хиральных центров (стереогенных центров). [22] Новые пестициды с меньшими нормами применения, как правило, имеют более сложную структуру и, следовательно, чаще содержат хиральные центры. [22] В случаях, когда большая часть или вся пестицидная активность нового соединения обнаруживается в одном энантиомере ( эутомере ), предпочтительна регистрация и использование соединения в качестве этого единственного энантиомера. Это снижает общую норму внесения и позволяет избежать утомительных экологических испытаний, необходимых при регистрации рацемата. [23] [24] Однако, если жизнеспособный маршрут энантиоселективного производства не может быть найден, то рацемат регистрируется и используется.
Инсектициды с системной активностью против сосущих вредителей, безопасные для опылителей , находятся в поиске, [25] [21] [16] , особенно с учетом частичного запрета на неоникотиноиды . В пересмотренном руководстве регистрационных органов от 2023 года описываются испытания на пчелах, необходимые для одобрения новых инсектицидов для коммерческого использования. [26] [27] [28] [29]
Помимо основного применения в сельском хозяйстве , пестициды имеют ряд других применений. Пестициды используются для борьбы с организмами, которые считаются вредными или губительными для окружающей среды. [30] Например, их используют для уничтожения комаров , которые могут передавать потенциально смертельные заболевания, такие как вирус Западного Нила , желтая лихорадка и малярия . Они также могут убить пчел , ос или муравьев , которые могут вызвать аллергические реакции. Инсектициды могут защитить животных от болезней, которые могут быть вызваны такими паразитами , как блохи . [30] Пестициды могут предотвратить болезни у людей, которые могут быть вызваны заплесневелой пищей или больными продуктами. Гербициды можно использовать для очистки придорожных сорняков, деревьев и кустарников. Они также могут уничтожать инвазивные сорняки , которые могут нанести ущерб окружающей среде. Гербициды обычно применяются в прудах и озерах для борьбы с водорослями и растениями, такими как водные травы, которые могут мешать плаванию и рыбалке, а также придавать воде неприятный вид или запах. [31] Неконтролируемые вредители, такие как термиты и плесень, могут повредить такие конструкции, как дома. [30] Пестициды используются в продуктовых магазинах и на складах пищевых продуктов для борьбы с грызунами и насекомыми, которые заражают продукты питания, например зерно. Пестициды используются на газонах и полях для гольфа , отчасти по косметическим причинам. [32]
Комплексная борьба с вредителями , использование нескольких подходов к борьбе с вредителями, становится широко распространенной и с успехом используется в таких странах, как Индонезия , Китай , Бангладеш , США, Австралия и Мексика . [33] IPM пытается признать более масштабные последствия воздействия на экосистему , чтобы не нарушать естественный баланс. [34]
Каждое использование пестицидов несет в себе определенный риск. Правильное использование пестицидов снижает эти связанные риски до уровня, который считается приемлемым органами регулирования пестицидов, такими как Агентство по охране окружающей среды США (EPA) и Агентство по регулированию борьбы с вредителями (PMRA) Канады.
ДДТ , распыляемый на стены домов, представляет собой хлорорганический препарат, который используется для борьбы с переносчиками малярии (комарами) с 1940-х годов. Всемирная организация здравоохранения рекомендует этот подход. [35] Он и другие хлорорганические пестициды запрещены в большинстве стран мира из-за их стойкости в окружающей среде и токсичности для человека. ДДТ стал менее эффективным, поскольку устойчивость к ДДТ была выявлена в Африке еще в 1955 году, а к 1972 году девятнадцать видов комаров во всем мире были устойчивы к ДДТ. [36] [37]
Общий объем использования пестицидов в сельском хозяйстве в 2021 году составил 3,54 миллиона тонн активных ингредиентов (Мт), что на 4 процента больше, чем в 2020 году, на 11 процентов больше за десятилетие и удвоилось с 1990 года. Использование пестицидов на площадь пахотных земель в 2021 году составило 2,26 кг на гектар (кг/га), что на 4 процента больше, чем в 2020 году; использование на стоимость сельскохозяйственной продукции составило 0,86 кг на тысячу международных долларов (кг/1000 долларов США) (+2%); а потребление на человека составило 0,45 кг на душу населения (кг/чашку) (+3%). С 1990 по 2021 год эти показатели увеличились на 85 процентов, 3 процента и 33 процента соответственно. Бразилия была крупнейшим в мире потребителем пестицидов в 2021 году, применив 720 тыс. тонн пестицидов для использования в сельском хозяйстве, а США (457 тыс. тонн) были вторым по величине потребителем. [38] [39]
Пестициды также обнаружены в большинстве домохозяйств США: в 2012 году 88 миллионов из 121,1 миллиона домохозяйств указали, что они использовали ту или иную форму пестицидов . [42] , из которых производят более 20 000 пестицидов, продаваемых в США. [43]
Внесение удобрений на площадь пахотных земель в 2021 году варьировалось в широких пределах: от 10,9 кг/ га в Бразилии до 0,8 кг/га в Российской Федерации. Уровень в Бразилии был примерно в два раза выше, чем в Аргентине (5,6 кг/га) и Индонезии (5,3 кг/га). [38] Использование инсектицидов в США снизилось более чем вдвое с 1980 года (0,6% в год), в основном из-за постепенного отказа от органофосфатов . На кукурузных полях спад был еще более резким из-за перехода на трансгенную Bt-кукурузу . [44]
Пестициды могут сэкономить деньги фермеров, предотвращая потери урожая из-за насекомых и других вредителей; В США фермеры получают четырехкратную прибыль от денег, которые они тратят на пестициды. [45] Одно исследование показало, что отказ от использования пестицидов снижает урожайность сельскохозяйственных культур примерно на 10%. [46] Другое исследование, проведенное в 1999 году, показало, что запрет на пестициды в США может привести к росту цен на продукты питания , потере рабочих мест и увеличению голода в мире. [47]
Существует два уровня выгод от использования пестицидов: первичный и вторичный. Первичные выгоды – это прямые выгоды от использования пестицидов, а вторичные выгоды – это более долгосрочные эффекты. [48]
Борьба с вредителями и переносчиками болезней растений
Борьба с переносчиками болезней человека и домашнего скота и вредными организмами
Контроль над организмами, которые наносят вред другой человеческой деятельности и структурам
В одном исследовании было подсчитано, что каждый доллар (1 доллар), потраченный на пестициды для сельскохозяйственных культур, может принести до четырех долларов (4 доллара) в виде сохраненного урожая. [50] Это означает, что, исходя из суммы денег, потраченной ежегодно на пестициды, в 10 миллиардов долларов, можно дополнительно сэкономить 40 миллиардов долларов на урожае, который будет потерян из-за повреждения насекомыми и сорняками. В целом фермеры получают выгоду от увеличения урожайности и возможности выращивать различные культуры в течение года. Потребители сельскохозяйственной продукции также получают выгоду от возможности позволить себе огромное количество продукции, доступной круглый год. [48]
Что касается затрат на использование пестицидов, это может привести к издержкам для окружающей среды и здоровью человека. [51] Обучение технике безопасности пестицидов и регулирование лиц, применяющих пестициды, предназначены для защиты населения от неправильного использования пестицидов , но не исключают всех случаев неправильного использования. Сокращение использования пестицидов и выбор менее токсичных пестицидов могут снизить риски для общества и окружающей среды, связанные с использованием пестицидов. [31]
Пестициды могут вызывать острые и отсроченные последствия для здоровья людей, подвергшихся их воздействию. [52] Воздействие пестицидов может вызвать различные неблагоприятные последствия для здоровья: от простого раздражения кожи и глаз до более серьезных последствий, таких как поражение нервной системы, слуха, [53] имитация гормонов, вызывающих репродуктивные проблемы, а также вызывающих рак. [54] Систематический обзор 2007 года показал, что «большинство исследований неходжкинской лимфомы и лейкемии показали положительную связь с воздействием пестицидов», и таким образом пришел к выводу, что использование пестицидов в косметических целях следует уменьшить. [55] Имеются убедительные доказательства связи между воздействием фосфорорганических инсектицидов и нейроповеденческими изменениями. [56] [57] [58] [59] Также существуют ограниченные доказательства других негативных последствий воздействия пестицидов, включая неврологические, врожденные дефекты и смерть плода . [60]
Американская академия педиатрии рекомендует ограничить воздействие пестицидов на детей и использовать более безопасные альтернативы: [61]
Из-за неадекватного регулирования и мер безопасности 99% смертей, связанных с пестицидами, происходят в развивающихся странах, на долю которых приходится лишь 25% использования пестицидов. [62]
Одно исследование показало, что самоотравление пестицидами является методом выбора для трети самоубийств во всем мире, и рекомендовало, среди прочего, ввести дополнительные ограничения на типы пестицидов, которые наиболее вредны для человека. [63]
Эпидемиологический обзор 2014 года обнаружил связь между аутизмом и воздействием некоторых пестицидов, но отметил, что имеющихся данных недостаточно, чтобы сделать вывод о причинно-следственной связи. [64]
По оценкам Всемирной организации здравоохранения и Программы ООН по окружающей среде , 3 миллиона сельскохозяйственных рабочих в развивающихся странах ежегодно подвергаются тяжелому отравлению пестицидами , что приводит к 18 000 смертельным случаям. [33] Согласно одному исследованию, до 25 миллионов рабочих в развивающихся странах могут страдать от легкого отравления пестицидами ежегодно. [65] Другие профессиональные воздействия, помимо сельскохозяйственных рабочих, включая грумеров для домашних животных, садовников и фумигаторов , также могут подвергать людей риску воздействия пестицидов на здоровье. [43]
Использование пестицидов широко распространено в Латинской Америке : ежегодно в этом регионе тратится около 3 миллиардов долларов США. Записи указывают на увеличение частоты отравлений пестицидами за последние два десятилетия. Считается, что наиболее распространенные случаи отравления пестицидами происходят в результате воздействия фосфорорганических и карбаматных инсектицидов. [66] Использование пестицидов в домашних условиях, использование нерегулируемых продуктов и роль незарегистрированных работников в сельскохозяйственной отрасли затрудняют определение истинного воздействия пестицидов. По оценкам, 50–80% случаев отравления пестицидами остаются незарегистрированными.
Занижение сведений об отравлениях пестицидами особенно распространено в районах, где сельскохозяйственные рабочие с меньшей вероятностью обращаются за помощью в медицинское учреждение, которое может контролировать или отслеживать случаи острых отравлений. Масштабы непреднамеренного отравления пестицидами могут быть намного больше, чем предполагают имеющиеся данные, особенно среди развивающихся стран. Во всем мире сельское хозяйство и производство продуктов питания остаются одними из крупнейших отраслей промышленности. В Восточной Африке сельскохозяйственная промышленность представляет собой один из крупнейших секторов экономики: почти 80% населения страны получает доход от сельского хозяйства. [67] Фермеры в этих общинах полагаются на пестициды для поддержания высоких урожаев.
Правительства некоторых стран Восточной Африки переходят к корпоративному сельскому хозяйству , а возможности иностранных конгломератов управлять коммерческими фермами привели к более доступным исследованиям использования пестицидов и их воздействия на рабочих. В других районах, где значительная часть населения ведет натуральное хозяйство и занимается мелким сельским хозяйством, оценить использование и воздействие пестицидов сложнее.
Пестициды могут оказывать токсическое воздействие на людей и другие нецелевые виды, тяжесть которого зависит от частоты и масштаба воздействия. Токсичность также зависит от скорости всасывания, распределения в организме, метаболизма и выведения соединений из организма. Обычно используемые пестициды, такие как органофосфаты и карбаматы, действуют путем ингибирования активности ацетилхолинэстеразы , что предотвращает распад ацетилхолина в нервных синапсах . Избыток ацетилхолина может привести к таким симптомам , как мышечные спазмы или тремор, спутанность сознания, головокружение и тошнота. Исследования показывают, что у сельскохозяйственных рабочих в Эфиопии, Кении и Зимбабве снижается концентрация ацетилхолинэстеразы в плазме — фермента, ответственного за расщепление ацетилхолина, действующего на синапсы по всей нервной системе . [68] [69] [70] Другие исследования, проведенные в Эфиопии, наблюдали снижение дыхательной функции среди сельскохозяйственных рабочих, которые опрыскивают посевы пестицидами. [71] Многочисленные пути воздействия на сельскохозяйственных рабочих повышают риск отравления пестицидами, включая попадание через кожу при ходьбе по полям и нанесении продуктов, а также ингаляционное воздействие.
Существует несколько подходов к измерению воздействия пестицидов на человека, каждый из которых позволяет оценить внутреннюю дозу человека. Два широких подхода включают измерение биомаркеров и маркеров биологического эффекта. [72] Первый предполагает прямое измерение исходного соединения или его метаболитов в различных типах сред: моче, крови, сыворотке. Биомаркеры могут включать прямое измерение количества соединения в организме до того, как оно подвергнется биотрансформации в ходе метаболизма. Другие подходящие биомаркеры могут включать метаболиты исходного соединения после их биотрансформации в ходе метаболизма. [72] Токсикокинетические данные могут предоставить более подробную информацию о том, как быстро соединение метаболизируется и выводится из организма, а также дать представление о времени воздействия.
Маркеры биологического эффекта позволяют оценить воздействие на основе клеточной активности, связанной с механизмом действия. Например, многие исследования по изучению воздействия пестицидов часто включают количественное определение фермента ацетилхолинэстеразы в нервном синапсе, чтобы определить величину ингибирующего эффекта фосфорорганических и карбаматных пестицидов. [68] [69] [70] [72]
Другой метод количественной оценки воздействия включает измерение на молекулярном уровне количества пестицида, взаимодействующего с местом действия. Эти методы чаще используются при профессиональном воздействии, где механизм действия лучше понятен, как описано в рекомендациях ВОЗ, опубликованных в «Биологическом мониторинге химического воздействия на рабочем месте». [73] Прежде чем этот метод оценки воздействия можно будет применять к профессиональному воздействию сельскохозяйственных рабочих, необходимо лучшее понимание того, как пестициды оказывают токсическое воздействие.
Альтернативные методы оценки воздействия включают анкетирование участников, позволяющее выяснить, испытывают ли они симптомы, связанные с отравлением пестицидами. Симптомы, о которых сообщают сами люди, могут включать головные боли, головокружение, тошноту, боль в суставах или респираторные симптомы. [69]
Существует множество проблем, связанных с оценкой воздействия пестицидов на население в целом, а также многих других, специфичных для профессионального воздействия пестицидов на сельскохозяйственных рабочих. Помимо сельскохозяйственных рабочих, оценка воздействия на членов семьи и детей представляет дополнительные проблемы и может происходить в результате воздействия «на дом» остатков пестицидов, собранных на одежде или оборудовании, принадлежащих родительским сельскохозяйственным работникам, и случайно принесенных в дом. Дети также могут подвергаться воздействию пестицидов внутриутробно от матерей, которые подвергались воздействию пестицидов во время беременности. [56] Характеристика воздействия пестицидов на детей в результате переноса по воздуху и распыления пестицидов также сложна, но хорошо документирована в развивающихся странах. [74] Из-за критических периодов развития плода и новорожденных детей эти неработающие группы населения более уязвимы к воздействию пестицидов и могут подвергаться повышенному риску развития нейрокогнитивных эффектов и нарушений развития. [56] [62]
Хотя измерение биомаркеров или маркеров биологических эффектов может обеспечить более точную оценку воздействия, сбор этих данных в полевых условиях часто непрактичен, и многие методы недостаточно чувствительны для обнаружения низких концентраций. Существуют наборы для быстрого анализа холинэстеразы для сбора образцов крови в полевых условиях. Проведение крупномасштабных оценок сельскохозяйственных рабочих в отдаленных регионах развивающихся стран затрудняет внедрение этих наборов. [72] Анализ холинэстеразы является полезным клиническим инструментом для оценки индивидуального воздействия и острой токсичности. Значительная вариабельность базовой активности ферментов у разных людей затрудняет сравнение полевых измерений активности холинэстеразы с эталонной дозой для определения риска для здоровья, связанного с воздействием. [72] Еще одной проблемой, с которой сталкиваются исследователи при определении референтной дозы , является определение конечных результатов для здоровья, которые имеют отношение к воздействию. Необходимы дополнительные эпидемиологические исследования для выявления критических последствий для здоровья, особенно среди групп населения, подвергающихся профессиональному воздействию.
Сведения к минимуму вредного воздействия пестицидов можно достичь за счет правильного использования средств индивидуальной защиты, адекватного времени повторного входа в недавно обработанные участки и эффективной маркировки продукции с указанием опасных веществ в соответствии с правилами FIFRA . Обучение групп высокого риска, включая сельскохозяйственных рабочих, правильному использованию и хранению пестицидов может снизить частоту острых отравлений пестицидами и потенциальных хронических последствий для здоровья, связанных с их воздействием. Продолжающиеся исследования токсичного воздействия пестицидов на здоровье человека служат основой для соответствующей политики и обязательных стандартов , которые защищают здоровье всех групп населения.
Использование пестицидов вызывает ряд экологических проблем. Более 98% распыляемых инсектицидов и 95% гербицидов достигают места назначения, отличного от их целевых видов, включая нецелевые виды, воздух, воду и почву. [33] Дрейф пестицидов происходит, когда пестициды взвешиваются в воздухе, когда частицы переносятся ветром в другие районы, потенциально загрязняя их. Пестициды являются одной из причин загрязнения воды , а некоторые пестициды представляют собой стойкие органические загрязнители (сейчас запрещены), которые способствуют загрязнению почвы и цветов (пыльца, нектар). [75] Кроме того, использование пестицидов может отрицательно повлиять на сельскохозяйственную деятельность в соседних районах, поскольку вредители сами перемещаются и наносят вред близлежащим культурам, на которых не использовались пестициды. [76]
Кроме того, использование пестицидов сокращает биоразнообразие , способствует сокращению числа опылителей , [77] [78] [79] разрушает среду обитания (особенно для птиц) [80] и угрожает исчезающим видам . [33] У вредителей может развиться устойчивость к пестицидам ( устойчивость к пестицидам ), что приводит к необходимости применения нового пестицида. В качестве альтернативы для противодействия устойчивости можно использовать более высокую дозу пестицида, хотя это приведет к ухудшению проблемы загрязнения окружающей среды.
Стокгольмская конвенция о стойких органических загрязнителях запретила все стойкие пестициды, [81] [82] , в частности ДДТ и другие хлорорганические пестициды, которые были стабильными и липофильными и, следовательно, способны биоаккумулироваться [ 83] в организме и пищевой цепи . и которые распространились по всей планете . [84] [85] Стойкие пестициды больше не используются в сельском хозяйстве и не будут одобрены властями. [11] [12] Поскольку период полураспада в почве длительный (для ДДТ 2-15 лет [86] ), его остатки все еще можно обнаружить в организме человека на уровнях в 5–10 раз ниже, чем в 1970-х годах. [87]
Пестициды теперь должны разлагаться в окружающей среде. Такая деградация пестицидов обусловлена как природными химическими свойствами соединений, так и процессами или условиями окружающей среды. [88] Например, присутствие галогенов в химической структуре часто замедляет разложение в аэробной среде. [89] Адсорбция почвой может замедлить перемещение пестицидов, но также может снизить биодоступность для микробных деструкторов. [90]
Загрязнение окружающей среды пестицидами можно контролировать с помощью биоиндикаторов, таких как пчелиные опылители . [75]
В одном исследовании ущерб здоровью человека и окружающей среде из-за пестицидов в Соединенных Штатах оценивается в 9,6 миллиарда долларов: это компенсируется примерно 40 миллиардами долларов за счет увеличения сельскохозяйственного производства. [91]
Дополнительные расходы включают процесс регистрации и стоимость приобретения пестицидов, которые обычно несут агрохимические компании и фермеры соответственно. Процесс регистрации может занять несколько лет (существует 70 различных типов полевых испытаний) и может стоить 50–70 миллионов долларов за один пестицид. [91] В начале 21 века Соединенные Штаты ежегодно тратили на пестициды около 10 миллиардов долларов. [91]
Использование пестицидов по своей сути влечет за собой риск развития резистентности. Различные методы и процедуры применения пестицидов могут замедлить развитие устойчивости, равно как и некоторые естественные особенности целевой популяции и окружающей среды. [4]
Альтернативы пестицидам доступны и включают методы выращивания, использование биологических средств борьбы с вредителями (таких как феромоны и микробные пестициды), генную инженерию (в основном сельскохозяйственных культур ) и методы вмешательства в размножение насекомых. [33] Применение компостированных дворовых отходов также использовалось как способ борьбы с вредителями. [92]
Эти методы становятся все более популярными и часто более безопасны, чем традиционные химические пестициды. Кроме того, Агентство по охране окружающей среды регистрирует все большее количество пестицидов пониженного риска. [ нужна цитата ]
Практика выращивания включает поликультуру (выращивание нескольких видов растений), севооборот , посадку культур в районах, где не обитают наносящие им вред вредители, выбор времени для посадки в соответствии с тем, когда вредители будут менее проблематичными, и использование культур-ловушек , которые отвлекают вредителей от настоящий урожай. [33] Культуры-ловушки успешно контролируют вредителей в некоторых коммерческих сельскохозяйственных системах, одновременно сокращая использование пестицидов. [93] В других системах культуры-ловушки могут не снизить плотность вредителей в коммерческих масштабах, даже если культуры-ловушки используются в контролируемых экспериментах. [94]
Выпуск других организмов, борющихся с вредителями, является еще одним примером альтернативы использованию пестицидов. Эти организмы могут включать естественных хищников или паразитов вредителей. [33] Также можно использовать биологические пестициды на основе энтомопатогенных грибов , бактерий и вирусов, вызывающих заболевания видов вредителей. [33]
Вмешательство в размножение насекомых можно осуществить путем стерилизации самцов целевого вида и выпуска их на свободу, чтобы они спаривались с самками, но не производили потомства. [33] Этот метод был впервые использован на мухе-мухе в 1958 году и с тех пор использовался на медузе , мухе цеце , [95] и непарном шелкопряде . [96] Это дорогостоящий и медленный подход, который работает только с некоторыми видами насекомых. [33]
Другие альтернативы включают «лазерную прополку» — использование новых сельскохозяйственных роботов для борьбы с сорняками с помощью лазеров . [97]
Термин «тяни-толкай» был введен в 1987 году как подход к комплексной борьбе с вредителями (IPM). Эта стратегия использует смесь стимулов, изменяющих поведение, чтобы манипулировать распределением и численностью насекомых. «Толкание» означает, что насекомые отталкиваются или удерживаются от любого защищаемого ресурса. «Притягивание» означает, что определенные стимулы (полухимические стимулы, феромоны, пищевые добавки, визуальные стимулы, генетически измененные растения и т. д.) используются для привлечения вредителей и захвата сельскохозяйственных культур, где они будут уничтожены. [98] Для реализации двухтактной стратегии в ИЗВ задействовано множество различных компонентов.
Во всем мире было проведено множество тематических исследований, проверяющих эффективность двухтактного подхода. Наиболее успешная стратегия «тяни-толкай» была разработана в Африке для натурального хозяйства. Еще одно успешное тематическое исследование было проведено по борьбе с Helicoverpa на посевах хлопка в Австралии. В Европе, на Ближнем Востоке и в США стратегия «тяни-толкай» успешно использовалась для борьбы с Sitona lineatus на бобовых полях. [98]
Некоторыми преимуществами использования метода «тяни-толкай» являются меньшее использование химических или биологических материалов и лучшая защита от привыкания насекомых к этому методу борьбы. Некоторые недостатки двухтактной стратегии заключаются в том, что при отсутствии соответствующих знаний о поведенческой и химической экологии взаимодействия хозяин-вредитель этот метод становится ненадежным. Более того, поскольку метод «тяни-толкай» не является очень популярным методом эксплуатации ИЗВ, затраты на регистрацию выше.
Некоторые данные показывают, что альтернативы пестицидам могут быть столь же эффективными, как и использование химикатов. Исследование кукурузных полей в северной Флориде показало, что применение компостированных дворовых отходов с высоким соотношением углерода и азота на сельскохозяйственных полях было очень эффективным для сокращения популяции фитонематод , паразитирующих на растениях , и увеличения урожайности, причем увеличение урожайности варьировалось от 10% до 212%; наблюдаемые эффекты были долгосрочными и часто не проявлялись до третьего сезона исследования. [92] Дополнительное питание кремнием практически полностью защищает некоторые садовые культуры от грибковых заболеваний , тогда как недостаток кремния иногда приводит к тяжелому заражению даже при использовании фунгицидов. [99]
Устойчивость к пестицидам растет, и это может сделать альтернативы более привлекательными.
Биопестициды — это определенные типы пестицидов, полученные из таких природных материалов, как животные, растения, бактерии и некоторые минералы. Например, рапсовое масло и пищевая сода имеют пестицидное применение и считаются биопестицидами. Биопестициды делятся на три основных класса:
Пестициды, относящиеся к типу вредителей: [104]
Во многих странах пестициды должны быть одобрены для продажи и использования государственным органом. [107] [108]
Во всем мире 85% стран имеют законодательство по пестицидам, обеспечивающее надлежащее хранение пестицидов, а 51% стран включают положения, обеспечивающие надлежащую утилизацию всех устаревших пестицидов. [109]
Хотя правила использования пестицидов различаются в разных странах, пестициды и продукты, в которых они использовались, продаются через международные границы. Чтобы справиться с несоответствиями в правилах между странами, делегаты конференции Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединенных Наций приняли в 1985 году Международный кодекс поведения по распространению и использованию пестицидов, чтобы создать добровольные стандарты регулирования пестицидов для разных стран. [107] Кодекс был обновлен в 1998 и 2002 годах. [110] ФАО утверждает, что кодекс повысил осведомленность об опасности пестицидов и уменьшил число стран, не имеющих ограничений на использование пестицидов. [6]
Тремя другими усилиями по совершенствованию регулирования международной торговли пестицидами являются Лондонские руководящие принципы ООН по обмену информацией о химических веществах в международной торговле и Комиссия ООН по Кодексу Алиментариус . Первый стремится внедрить процедуры, обеспечивающие наличие предварительного обоснованного согласия между странами, покупающими и продающими пестициды, а второй стремится создать единые стандарты для максимальных уровней остатков пестицидов среди участвующих стран. [111]
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). [112]
Необходимо провести исследования для установления условий, в которых материал безопасен для использования и его эффективности против предполагаемых вредителей. [113] Агентство по охране окружающей среды регулирует использование пестицидов, чтобы гарантировать, что эти продукты не оказывают вредного воздействия на людей и окружающую среду, уделяя особое внимание здоровью и безопасности детей. [114] Пестициды, произведенные до ноября 1984 года, продолжают проходить повторную оценку на предмет соответствия действующим научным и нормативным стандартам. Все зарегистрированные пестициды проверяются каждые 15 лет на предмет соответствия надлежащим стандартам. [112] В процессе регистрации создается метка. На этикетке указаны инструкции по правильному использованию материала, а также ограничения по безопасности. В зависимости от острой токсичности пестицидам присваивается класс токсичности . Пестициды являются наиболее тщательно тестируемыми химическими веществами после лекарств в Соединенных Штатах; те, которые используются в пищевых продуктах, требуют более 100 тестов для определения диапазона потенциального воздействия. [114]
Некоторые пестициды считаются слишком опасными для продажи населению и относятся к пестицидам ограниченного использования . Только сертифицированные специалисты, сдавшие экзамен, могут приобретать или контролировать применение пестицидов ограниченного использования. [107] Необходимо вести учет продаж и использования, и он может проверяться государственными органами, отвечающими за соблюдение правил в отношении пестицидов. [115] [116] Эти записи должны быть доступны сотрудникам и государственным или территориальным органам экологического регулирования. [117] [118]
В дополнение к EPA, Министерство сельского хозяйства США (USDA) и Управление по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) устанавливают стандарты уровня остатков пестицидов, которые разрешены на сельскохозяйственных культурах или в них. [119] Агентство по охране окружающей среды рассматривает возможные последствия для здоровья человека и окружающей среды, связанные с использованием пестицидов. [120]
Кроме того, Агентство по охране окружающей среды США использует четырехэтапный процесс Национального исследовательского совета для оценки риска для здоровья человека: (1) идентификация опасности, (2) оценка зависимости реакции от дозы, (3) оценка воздействия и (4) характеристика риска. [121]
В 2013 году округ Кауаи (Гавайи) принял законопроект № 2491 о добавлении статьи в главу 22 кодекса округа, касающейся пестицидов и ГМО. Законопроект усиливает защиту местных сообществ на острове Кауаи, где многие крупные компании по производству пестицидов тестируют свою продукцию. [122]
Первый закон, предоставляющий федеральные полномочия по регулированию пестицидов, был принят в 1910 году. [42]
Было одобрено законодательство ЕС, запрещающее использование высокотоксичных пестицидов, в том числе тех, которые являются канцерогенными , мутагенными или токсичными для репродуктивной системы, тех, которые нарушают работу эндокринной системы, а также тех, которые являются стойкими, биоаккумулятивными и токсичными (СБТ) или очень стойкими и очень биоаккумулятивными ( vPvB) и были одобрены меры по повышению общей безопасности пестицидов во всех государствах-членах ЕС. [123]
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, использовать их только в крайнем случае). Решение также включает меры по предоставлению фермерам альтернатив. [124]
Остатки пестицидов относятся к пестицидам, которые могут оставаться на продуктах питания или в них после их применения к продовольственным культурам. [125] Максимальные пределы остатков (MRL) пестицидов в пищевых продуктах тщательно устанавливаются регулирующими органами, чтобы гарантировать, по их мнению, отсутствие воздействия на здоровье. Такие правила, как интервалы между сбором урожая, также часто предотвращают сбор урожая или продуктов животноводства, если они недавно обрабатывались, чтобы позволить концентрации остатков снизиться с течением времени до безопасного уровня перед сбором урожая. Воздействие этих остатков на население в целом чаще всего происходит в результате потребления обработанных источников пищи или при тесном контакте с территориями, обработанными пестицидами, такими как фермы или газоны. [126]
Стойкие пестициды больше не используются в сельском хозяйстве и не будут одобрены властями. [127] [128] Поскольку период полураспада в почве длительный (для ДДТ 2–15 лет [129] ), его остатки все еще можно обнаружить в организме человека на уровнях, в 5–10 раз ниже, чем в 1970-х годах. [130]
Остатки контролируются властями. В 2016 году более 99% образцов продукции в США не содержали остатков пестицидов или имели уровни остатков значительно ниже уровней допуска EPA для каждого пестицида. [131]
{{cite book}}
: |journal=
игнорируется ( помощь ) (WTF RID : N-2573-2016) .{{cite journal}}
: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на январь 2024 г. ( ссылка ){{cite web}}
: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка ) В эту статью включен текст из бесплатного контента . Лицензия CC BY-SA IGO 3.0 (лицензионное заявление/разрешение). Текст взят из World Food and Agriculture – Statistical Yearbook 2023, ФАО, ФАО.