12.8.9. Пестициды и окружающая среда

Пестициды - это химические вещества, используемые для борьбы с вредителями, т. е. организмами, которые, по мнению человека, непосредственно затрагивают его интересы. Таким образом, пестициды - широкое понятие, включающее в себя гербициды, уничтожающие растения; инсектициды, уничтожающие насекомых; фунгициды, уничтожающие грибы и т.д. Большинство пестицидов - яды, вызывающие гибель нежелательных видов, но, как правило, к пестицидам относят также ингибиторы роста, и вещества, приводящие к стерилизации организмов. В Великобритании пестициды обычно используют в сельском хозяйстве при выращивании урожая; однако широко используются они и для защиты запасов продуктов питания, а также древесины, шерсти и других природных материалов. Во многих странах пестициды широко применяются в лесном хозяйстве и при борьбе с переносчиками различных заболеваний человека и животных (см., например, разд. 12.3.8). Пестициды используют по всему свету в самых разнообразных местообитаниях. Наиболее стойкие из них распространяются по всему земному шару, и их обнаруживают даже там, где они никогда не применялись, например в открытом океане или в высоких широтах. Таким образом, большая часть живых существ на земле контактирует с пестицидами. Конечно, человек давно уже употреблял природные органические пестициды (примером может служить пиретрум, получаемый из растения с таким же названием) или некоторые неорганические вещества, например CuSО₄ (входящий в состав бордосской жидкости, используемой в виноградарстве), но наиболее широкое распространение новых синтезированных органических веществ (а к ним относится примерно 90% всех известных пестицидов) - это уже завоевание эпохи, наступившей после второй мировой войны. Понятно, что по всей планете организмы любого вида не сталкивались в ходе своей эволюции с такими веществами, которые теперь фактически стали новым фактором среды. Экологические последствия применения пестицидов предсказать трудно, что делает задачу изучения их чрезвычайно важной и интересной. Пока, к сожалению, мы не можем до конца оценить побочные результаты широкого применения пестицидов, такие, например, как уничтожение видов, с которыми не предполагалось вести борьбу, выработка устойчивости к пестицидам у видов-вредителей и хроническое воздействие пестицидов на человеческие популяции.

Наиболее важные экологические характеристики пестицидов - это токсичность, устойчивость, неспецифичность и независимость силы воздействия от плотности контролируемой популяции. Токсичность и устойчивость взаимосвязаны; проявляется это в том, что вещество, вызывающее летальный исход, но неустойчивое во внешней среде, со временем может оказаться менее эффективным, чем вещество, обладающее сублетальным действием, но являющееся более устойчивым. Объясняется это тем, что у такого устойчивого, но не очень ядовитого вещества больше шансов включиться в пищевые цепи и превратиться в ходе метаболизма в более токсичную форму, или же (что более вероятно)-накопиться в верхних звеньях пищевых цепей (см. разд. 12.3.8). Применение пестицидов в форме распыляемых порошков и разбрызгиваемых жидкостей приводит к их широкому распространению в воде и в воздухе, а тем самым и к включению в пищевые цепи там, где их применение даже и не предполагалось. Хлорорганические соединения (например, ДДТ), отличающиеся высокой устойчивостью и растворимостью в жирах, пожалуй, наиболее распространенные из всех пестицидов. Следы хлорорганических соединений обнаружены не только в организмах всех видов птиц, обитающих на Британских островах, но и, что гораздо более знаменательно,- в телах пингвинов, обитающих в Антарктиде.

Устойчивость рассматривается обычно как нежелательное свойство пестицидов, особенно если они попадают в продукты питания, однако в некоторых случаях, например при борьбе с паразитами или болезнетворными организмами, обитающими в почве, определенная степень устойчивости оказывается абсолютно необходимой по ряду чисто технических и экономических соображений. Токсичность для какого-либо конкретного вида организмов обычно определяется как 50%-ная летальная доза (ЛД₅₀). Это - однократная доза введенного per os вещества, достаточная для того чтобы погибло 50% экспериментальной лабораторной популяции. В природных условиях та же доза может привести к гибели большей доли популяции, поскольку организмы испытывают дополнительный стресс от воздействия различных внешних факторов. Тем не менее по определению некоторые особи выживают и в этом случае. (Задачу использования пестицидов в сельском хозяйстве кратко можно сформулировать как снижение потерь урожая до некоторого уровня, определяемого простым экономическим балансом затрат и выгод.) К сожалению, выжившие особи служат основой для становления устойчивых к пестицидам популяций вредителей. Во всяком случае среди насекомых с их коротким жизненным циклом формирование способности противостоять пестицидам и выходить из-под их контроля наблюдается очень часто. Типичная реакция на подобные явления - это разработка новых пестицидов, что является делом дорогостоящим и, по мнению многих экологов, довольно бессмысленным, так как приводит к тем же самым результатам.

Большинство пестицидов открыто чисто эмпирически методом проб и ошибок или же в результате случайных наблюдений. Не всегда поэтому известно, каким именно способом вызывают пестициды гибель тех или иных организмов. Токсичность определенного пестицида может сильно варьировать для организмов, относящихся к разным систематическим группам, а иногда существенно различаться даже по отношению к близкородственным видам. Так например, в случае ДДТ LD₅₀ для овцы (при расчете на единицу массы тела) больше, чем для крысы. У некоторых видов представители разных полов обладают различной чувствительностью к пестицидам: так, для самцов мышей LD₅₀ по ДДТ составляет 500 мг⋅кг^-1, а для самок-550 мг⋅кг^-1. Эти различия в реакции на пестициды у отдельных организмов, особенно у представителей разных таксонов, могут быть использованы практически: к примеру, произрастающие среди посевов хлебных злаков сорняки двудольных могут быть уничтожены без нанесения заметного вреда возделываемым растениям и потребляющим их людям. Блохи и другие паразитические насекомые могут быть истреблены пестицидами так, чтобы не пострадали при этом хозяева-млекопитающие. Однако к заключению о безвредности того или иного пестицида надо подходить с крайней осторожностью. Недавние сообщения о заболеваниях рабочих, имевших многолетние контакты с фосфорорганическими соединениями^*, используемыми, например, в жидкостях для уничтожения паразитов на овцах, заставляют радикально пересмотреть установленные ранее санитарные нормы. Пока, в силу недавнего появления большинства пестицидов, еще крайне слабо изучены долгосрочные последствия длительного употребления даже малых доз пестицидов и, возможно, синэргические эффекты при контактах их с другими загрязнителями или с переносчиками заболеваний. В настоящее время все более возрастает озабоченность по поводу того, что "безвредные" следовые количества пестицидов (или продуктов их переработки), остающиеся в продуктах питания, хотя и не оказывают прямого токсического (не говоря уж о летальном) воздействия, могут тем не менее снижать устойчивость организмов к различным заболеваниям или же, переходя по пищевым цепям, накапливаться до опасных концентраций. В частности, именно присутствие пестицидов (особенно так называемых ПХБ-полихлорбифенилов) в Северном море способствовало, по мнению многих ученых, быстрому распространению летом 1988 г. вирусного заболевания в популяции обыкновенного тюленя.

^* (Фосфорорганические соединения - это воздействующие на нервную систему яды, находящие все большее практическое применение вместо более устойчивых хлорорганических соединений.)

В практике сельского хозяйства серьезные экономические проблемы могут возникать при воздействии пестицидов не только на виды-вредители, но и на виды, являющиеся хищниками по отношению к данным вредителям. Хорошим примером может быть история применения ДДТ для борьбы с бабочкой репницей (Pieris rарае), гусеницы которой наносят вред брюссельской капусте. Первоначально использование пестицида казалось успешным, но затем на обработанных территориях численность гусениц стала даже превышать ту, что отмечалась на контрольных (не обработанных) участках. Данный эффект еще более усиливался при повторных применениях ДДТ с целью регулирования новых вспышек численности вредителя. Изучение всей этой агроэкосистемы показало, что концентрация пестицидов на листьях быстро снижалась, благодаря росту уже существующих листьев и образованию новых. Однако содержание пестицидов в почве оставалось высоким, особенно при запашке остатков возделываемых растений. В результате яйца, отложенные после распыления пестицидов взрослыми особями, прилетевшими с других территорий, оказывались вне опасности, тогда как главные хищники, нападающие на гусениц репницы, а именно обитающий в почве жук Harpalus rufipes и сенокосец Phalangium opilio, существенно снижали свою численность и пищевую активность. Таким образом, пресс хищников значительно ослабевал, а численность гусениц начинала превышать уровень, наблюдавшийся до обработки пестицидами. Дальнейшее использование ДДТ еще более усугубило эту ситуацию.

Хищные виды обычно оказываются наиболее уязвимыми по отношению к применяемым пестицидам. Происходит это потому, что численность этих видов ниже численности жертв-вредителей, и соответственно затруднено восстановление их популяций после каких-нибудь нарушений. Особенно плохо положение тех хищников, которые питаются животными, устойчивыми к пестицидам, но содержащими небольшие количества их в жировой ткани. К тому же, отравленные, умирающие, больные и характеризующиеся нарушенным поведением особи гораздо чаще становятся добычей хищников, чем здоровые особи с нормальным поведением. Обычный результат применения пестицидов-снижение видового разнообразия. Продуктивность нижних трофических уровней экосистемы при этом нередко увеличивается, а более высоких - уменьшается. О том, как пестициды влияют на редуцентов, известно пока еще крайне мало. Почти не исследованным остается и вопрос о воздействии пестицидов на круговорот биогенных элементов и на плодородие почвы.

Серьезные проблемы, связанные с использованием пестицидов, особенно проблемы, касающиеся выхода вредителей из-под их контроля, а также риска для здоровья человека, приводят к тому, что очень быстро растет заинтересованность в развитии альтернативных подходов к борьбе с вредителями. Ниже кратко рассматриваются главнейшие из них; это - биологический контроль вредителей и интегрированная борьба с ними (осторожное, строго направленное применение пестицидов в сочетании с методами биологического контроля).

Под биологическим контролем за вредителями традиционно понимается регуляция численности их популяций естественными врагами: хищниками, паразитами и различными патогенными организмами. По сути дела такой контроль предполагает управление популяциями, не допускающее бесконтрольного экспоненциального роста численности видов вредителей. Некоторые исследователи рассматривают биологический контроль в более широком понимании, включая в это понятие и другие методы, например генетические. К биологическому контролю можно отнести и методы контроля сельскохозяйственных культур, а именно поддержание севооборота, соответствующая обработка почвы, использование смешанных культур, уборка растительных остатков и установление сроков сельскохозяйственных работ таким образом, чтобы они оказались благоприятными для возделываемых культур и популяций врагов вредителей, но не для самих вредителей. В своем классическом варианте биологический контроль наиболее успешно применяется по отношению к завезенным видам, у которых в новой среде нередко отсутствуют естественные ограничивающие факторы, как биологические, так и физические, связанные, например, с сезонными изменениями климата.

Борьба с червецом Icerya purchasi, начавшаяся в конце XIX в. на плантациях цитрусовых в Калифорнии,- первый пример действительно удачного, научно обоснованного биологического контроля за видом-вредителем. Червец этот был завезен случайно из Австралии, являющейся его родиной. В результате полевых исследований, проведенных в Австралии, были выявлены два природных врага червеца, а именно паразитирующая на нем муха Cryptochetum iceryae и хищная божья коровка Rodolia cardinalis. Эти враги червеца были интродуцированы в Калифорнию и после тщательного изучения (в том числе-после контролируемого выпуска в большие садки с цитрусовыми) выпущены в насаждения цитрусовых. Оба вида - паразит и хищник - быстро размножились и, распространившись, уже через несколько месяцев стали эффективно контролировать численность червеца Icerya purchasi.

Далеко не всегда, однако, удается так быстро достичь успеха. Во всяком случае скрупулезный анализ климатических условий и внимательное наблюдение за взаимоотношениями завезенного вида с аборигенными абсолютно необходимы. Так, при попытках борьбы с ореховой тлей Chromaphis juglandicola в Калифорнию было завезено из Канн (Франция) паразитическое перепончатокрылое Trioxys pallidus. Паразит этот прижился в прибрежных районах Калифорнии, но в более жарких континентальных районах (где как раз и достигала наибольшей численности ореховая тля) он вымер в течение одного сезона. Спустя десятилетие, потраченное на напряженные поиски паразитов тли в жарких и сухих местообитаниях, была ввезена в Калифорнию новая линия Trioxys, на сей раз из Ирана. Паразиты новой линии успешно перезимовали, и в течение следующего года уже более 50 тыс. квадратных миль (1 кв. миля = 2,59 кв. км) посадок цитрусовых были очищены от тлей, зараженность которых паразитами превышала порой 90%.

Биологический контроль может быть особенно эффективен, если он направлен на экзотические (не аборигенные) виды вредителей, угрожающие местной природной растительности или окультуренным пастбищам. Классическим примером может служить ситуация с кактусом опунцией в Австралии. Опунция, происходящая из Нового Света, стала серьезным вредителем целого ряда пастбищ в теплых районах Старого Света и Австралии. В поисках естественных врагов опунции энтомологи обнаружили 150 возможных кандидатов на интродукцию. Из них 51 был завезен в Австралию, где содержался в условиях карантина, 19 видов затем были выпущены в природную среду и из них 12 прижились. Однако долгосрочный эффективный контроль был достигнут с помощью только одного вида - Cactoblastis cactorum. При использовании в качестве агентов биологического контроля растительноядных насекомых необходимо выбирать высокоспециализированные виды (предпочтительнее даже, чтобы эти виды были монофагами). Не следует забывать, что в любом случае выпущенного в природу хищника (или фитофага) назад уже не вернешь. Поэтому абсолютно необходимо проведение очень тщательных предварительных исследований в местах исконного обитания предполагаемого вселенца, чтобы удостовериться в безвредности интродукции для экономически важных видов растений.

Биологический контроль широко применяется также в умеренных широтах в теплицах, где нередко выращивается основной урожай помидоров и огурцов. Два главных тепличных вредителя - это двух - пятнистый паутинный клещ Tetranychus urticae и парниковая белокрылка Trialeurodes vaporariorum. Стерилизация почвы в зимний период убивает всех возможных хищников, а вместе с новыми растениями, высаживаемыми в теплицу весной, обычно попадают новые белокрылки. Что касается паутинных клещиков, то они зимуют, забившись где-нибудь в щелях теплицы, а весной нападают на высаженные в теплице растения. Поскольку никаких врагов у этих вредителей нет, их популяции растут очень быстро вплоть до момента применения пестицидов или же восстановления контроля со стороны естественных врагов. Биологический контроль, для того чтобы быть эффективным, должен вступать в действие достаточно быстро. Поэтому естественных врагов белокрылки - паразита Encarsia formosia и хищника Phytoseiulus persimilis специально разводят в коммерческих масштабах. Запускают их обычно через неделю после преднамеренного выпуска вредителей, для того чтобы те, размножившись, могли обеспечить поддержание популяций паразита и хищника. Существует, правда, в общем понятное сопротивление растениеводов акту сознательного выпуска вредителей в теплицу. Другой возможный метод- это повторяющийся (обычно с 10-дневным интервалом) выпуск естественных врагов в тот период, когда вероятно появление в теплице вредителей. Для успешного контроля жизненно важно использовать естественных врагов уже на самых первых этапах становления популяций вредителей. Если критическое время упущено, то данный метод может не сработать - вредители выйдут из - под контроля.

Под интегрированной борьбой понимают обычно осуществление контроля над популяцией организма-вредителя, основанное на комплексном, интегрированном применении как биологических, так и химических методов ограничения роста численности. Пестициды при этом используются, но только так, чтобы не нарушать систему биологического контроля. Цель программы интегрированной борьбы - это управление популяцией вредителя экономически обоснованными и экологически оправданными способами. Популяция вредителя при этом должна поддерживаться на уровне, более низком, чем тот, при котором проявляется экономический ущерб, или же развитие ее вообще не допускается. Используемые методы в свою очередь должны причинять минимальный вред агроэкосистемам (или природным экосистемам), но благоприятствовать популяциям естественных врагов вредителя. В большинстве программ интегрированной борьбы предусматривается или полный отказ от дорогих и опасных для окружающей среды химических веществ или же крайне ограниченное и строго направленное их применение. Один из способов достижения этой цели - разработка пестицидов селективного действия. Так, например, появление афицида пиримор - карбаматного инсектицида, который строго избирательно действует на тлей, но почти не причиняет вреда их естественным врагам, положило начало программе интегрированной борьбы с персиковой тлей Myzus persicae и паутинным клещом Tetranychus - основными вредителями хризантем, выращиваемых в теплицах Англии. Раньше с этими вредителями боролись с помощью фосфороргани- ческих инсектицидов, которые не обладали селективным действием, и к которым у тлей быстро вырабатывалась устойчивость. Теперь же паутинный клещ контролируется хищным клещом Phytoseiulus, а тля-инсектицидом.

По чисто экономическим причинам более удобным подходом является, однако, не столько разработка новых строго специализированных пестицидов (невыгодное для производителя соотношение затрат на исследования и внедрение в сравнении со спросом на рынке), сколько более прицельное использование пестицидов широкого действия. Такое узко направленное применение пестицидов может быть более ограниченным как в пространстве, так и во времени. Открытие и получение феромонов^* намного сократило пространство, обрабатываемое пестицидами.

^* (Вещества, используемые насекомыми как сигналы, свидетельствующие о той или иной форме поведенческой активности, например о готовности к размножению или о формировании скоплений.)

Используя, например, половые аттрактанты, можно заманить насекомых в какое-то определенное место, где их легко уничтожить пестицидами или стерилизовать с помощью специальных веществ, воздействующих на половую систему. Очевидно, что при этом используется значительно меньше пестицидов, а к тому же сокращается воздействие их на виды, не являющиеся вредителями, и вообще на все местообитание. Другой многообещающий путь использования феромонов - это подавление поведенческих реакций (обеспечивающих, например, эффективное спаривание) путем насыщения приземного слоя воздуха соответствующими феромонами (для чего достаточна очень низкая их концентрация). Насекомые привыкают к постоянно действующим стимулам, и необходимые для спаривания реакции подавляются. Частота применения пестицидов может быть уменьшена путем тщательного выбора такого момента, когда популяции вредителя причиняется наибольший ущерб (например, в период его спаривания) и в то же время минимизируется воздействие на другие обитающие в том же месте виды. Понятно, что подобная стратегия борьбы с вредителями требует тщательного изучения жизненных циклов всех затрагиваемых видов и глубокого понимания процессов, происходящих во всей экосистеме.

Программы интегрированной борьбы были с успехом осуществлены во многих сельскохозяйственных экосистемах, где ранее сплошная обработка посевов ядохимикатами широкого действия разрушила естественные взаимосвязи вредителей с их исконными врагами. Так, например, комбинированное использование феромонов и пестицидов позволило восстановиться популяциям естественных врагов бабочки репницы и соответственно перейти к другим методам ограничения численности этого опасного вредителя, способного нанести серьезный ущерб посевам всех видов капусты (Brassica).

Методы интегрированной борьбы в настоящее время широко применяются при выращивании хлопка, посевы которого ранее во всем мире обрабатывали пестицидами широкого действия с целью уничтожения рано появляющихся вредителей, например таких, как долгоносик Anthonomus grandis. Неудивительно, что подобная обработка вела к уничтожению естественных врагов вредителей, способствуя тем самым появлению новых вредителей (зачастую устойчивых к пестицидам), и вместе с тем требовала больших денежных затрат. В долине Канет (Перу) сплошная обработка монокультуры хлопка пестицидами практически уничтожила всю обитавшую там фауну и привела к экономической и экологической катастрофе. В середине пятидесятых годов законодательным путем было ограничено использование ядохимикатов широкого действия и одновременно стали поощряться такие методы борьбы с вредителями, которые основывались на внедрении смешанных культур, повторной интродукции полезных насекомых и использовании не столь устойчивых инсектицидов. К концу пятидесятых годов урожаи хлопка значительно возросли. Сходные системы мер были проведены и на хлопковых плантациях в других местах. В настоящее время методы интегрированной борьбы широко применяются при выращивании люцерны, цитрусовых, яблок, масличной пальмы, гевеи (каучукового дерева), какао и др. Очень широко используются эти методы и в тепличном хозяйстве.