2. Пестициди
Розвиток хімічної промисловості в умовах НТР дозволив синтезувати неприродні органічні сполуки, які застосовуюються в сільському господарстві для боротьби зі шкідниками, бур'янами, хворобами рослин, для дефоліації, регулювання росту рослин, в якості структуроутворювачів тощо. Впровадження хімічних засобів у сільськогосподарське виробництво, з одного боку, забезпечує високі і стійкі врожаї з мінімальними витратами людських ресурсів, з іншого боку – негативно впливає не тільки на екологічну ситуацію, але і на якість ґрунтів, рослинної продукції і води поверхневих водойм, оскільки ці речовини в більшості випадків є високотоксичними й стійкими сполуками.
В даний час розрізняють не менш чотирьох форм (стадій) дії пестицидів і інших забрунювачів в біосфері:
1) дія локальна – бепосередньо на об'єкт і супутня на організм, ґрунт, воду. Інтенсивність локальної дії пестицидів визначається дозою, способом застосування, вибірковим ефектом, швидкістю розпаду й ін.;
2) післядія найближча ландшафтно-регіональна, що залежить від рельєфу місцевості, ґрунтових і біокліматичних умов, типу водного режиму й ін. У різних ландшафтах найближча післядія неоднакова;
3) післядія віддалена, регіонально-басейнова. Характерна для досить стійких препаратів, здатних мігрувати з басейну річок у долини, дельти й естуарії;
4) післядія дуже віддалена, глобальна – охоплює планету в цілому і її окремі макрокомпоненти. Вона буде виявлятися різко або уповільнено протягом десятків років. Послабляється такими факторами, як інсоляція, електричні розряди, випадання атмосферних опадів. Можливо, деякі наслідки глобального впливу пестицидів на живі організми (вищих ланок ланцюгів живлення) виявиться лише через декілька поколінь. У загальному споживання пестицидів у препаративній формі перше місце займають інсектициди й акарициди ( до 50% маси загального асортименту), по 25% припадає на фунгіциди і групу гербіцидів, дефоліантів, десикантів, протруйників насіння. На орних площах і під багаторічні насадження України реалізується близько 25% загального обсягу застосовуваних пестицидів. Рівень реалізації хімічних засобів захисту рослин на території України в 1990 році становив вцілому (2,0 кг/га), а доза небезпечних для біосфери сполук (0,34 кг/га). Асортимент засобів захисту рослин включає близько 90 найменувань препаратів
Використання агрохімікатів з метою інтенсифікації сільськогосподарського виробництва поряд із збереженням і збільшенням сільськогосподарської продукції призводить до небажаних наслідків для елементів біосфери, насамперед для ґрунтового покриву. Ступінь небажаних наслідків залежить від рівня і масштабу застосування хімічних засобів, здатності препаратів тривалий час зберігатись в ґрунті, мігрувати по елементах ландшафту, від їх токсичності для біоти й низки грунтовокліматичних факторів, що обумовлюють їх поводження в природних умовах (рН, ємкість поглинання, вміст органічного вуглецю, гранулометричний склад, сума активних температур, рівень інсоляції, тип водного режиму, опади й ін.) Ступінь шкідливого впливу залежить також від технології застосування хімічних засобів, способів і кратності обробки ґрунту або рослин.
В ґрунті протікає ряд процесів, що зменшують вміст у ньому агрохімікатів. Це біохімічне руйнування препаратів, перехід у рослину, випаровування в атмосферу, винос поверхневим і внутрішньоґрунтовим стоком, фотохімічне руйнування, поглинання і трансформація ґрунтовими організмами. Сукупность цих процесів визначає стабільність агрохімікатів у ґрунті.
Негативний вплив агрохімікатів на властивості ґрунту визначається особливістю їхнього розподілу й міграції по профілю. Характер розподілу пестицидів залежить насамперед від способу застосування препаратів. Так, при оприскуванні або запиленні рослин у ґрунт попадає менш 14% загальної кількості пестицидів. Кількість препаратів, що виявляється в ґрунті, залежить від густоти посівів і фази рослин у період обробки. Пестициди, що потрапили на поверхню ґрунту, можуть вимиватися в більш глибокі горизонти й ґрунтові води, надходити у водойми з поверхневим стоком, удруге з'являтися на поверхні ґрунту при капілярному піднятті ґрунтових вод або при оранці з оберненням пласту, переходити в атмосферне повітря в результаті випаровування або з пилом при вітровій ерозії ґрунту, через рослини мігрувати в організм тварин і людини. Більшість з них пригнічює ґрунтові біохімічні процеси, знижує інтенсивність процесів самоочищення ґрунту, порушує нормальне функціонування ґрунтових мікробоценозів. Здатність пестицидів тривалий час зберігатися в ґрунті обумовлює ймовірність міграції їх у суміжні середовища (воду, рослини, повітря) й ступінь впливу на ґрунтовий мікробоценоз.
Фосфорорганічні сполуки зберігаються в ґрунті, як правило, від декількох днів до декількох тижнів, карбамати й похідні сечовини – кілька тижнів іноді місяців і найбільш стабільні хлорорганічні сполуки – від декількох місяців до декількох років.
Крім вихідних препаратів, у ґрунтах виявляються продукти їхнього руйнування, які в ряді випадків відрізняються більшою токсичністю й стабільністю в ґрунті. Найчастіше залишки пестицидів виявляється в ґрунтах зрошуваних земель при обробленні бавовнику. Нагромадження ДДТ і його метаболітів у ґрунтах садів складало 62,2-97,6 мг/кг, під овочевими культурами – 18,4-33,4, на плантаціях тютюну – 3,1-4,6, під польовими культурами – 0,3-0,74 мг/кг. Розходження у вмісті отрутохімікатів у ґрунті в даному випадку пояснюється, поряд із впливом екофакторів, різним рівнем застосування пестициду.
Препарати групи фосфорорганічних сполук менш стабільні в ґрунті ніж хлорорганічні. Однак деякі пестициди можуть зберігатися в ґрунті тривалий час (наприклад, паратіон) в залежності від регіональних грунтово-кліматичних умов, що сприяють їхньому нагромадженню. Велика група хімічних засобів захисту рослин з гетероциклічною структурою характеризуеться різною стійкістю в ґрунті. Серед них є сполуки, що наближаються за стабільності до ДДТ: залишковий вміст гербіцидів ленацил, рамрот, ТХА, ептам може досягати 0,09 мг, похідні сечовини – до 0,1- 0,4 мг, препаратів пропаміду, ялана – до 1-3 мг на 1кг ґрунту.
Ступінь впливу пестицидів на ґрунт і шляхи їх міграції з ґрунту в суміжні середовища залежить від агротехніки обробітку культур. Акумуляція пестицидів рослинами залежить від забезпеченості їх елементами живлення, інтенсивності ростових процесів, способів і умов внесення, а також дозування і властивостей пестицидів.
Так, нестача азоту, сірки або бора підсилює перехід і нагромадження пестицидів у рослинах. У той же час нестача магнію знижує їх, а при зменшенні вмісту калію зменшується нагромадження отрутохімікатів у зелених частинах рослин. Деякі рослини здатні накопичувати залишки препаратів у кількостях, що перевищують їх відносний вміст у ґрунті. Відомою рослиною концентратом хлорорганічних сполук є морква й інші листяні коренеплоди, концентрація хімічних препаратів у тканинах яких може в багато разів перевищувати вміст їх у ґрунті.
У процесах самоочищення ґрунту важлива роль належить ґрунтовим безхребетним, що мають виражену здатність накопичувати отрутохімікати. Експерементами встановлено, що земляні хробаки можуть нагромаджувати (на 1 кг живої ваги): 1,1 - 680,0 мг ДДТ; 0,3 - 4,6 мг ділдрину; 0,8 - 0,3 мг ліндану. У біомасі жуків і польових слизовиків утримувалося 2,3 - 2,6 мг, а в окремих випадках до 40 мг залишків ДДТ на 1 кг маси. Препарати неоднаково діють на різні групи мікроорганізмів. Наприклад, гліфосат істотно не впливає на активність основних ґрунтових мікробіологічних процесів (дихання, нітрифікацію, азотфіксацію, розкладання целюлози) навіть при концентраціях, що перевищують виробничі більш ніж у 100 разів, у той час як атразин пригнічує розвиток мікроскопічних водоростей, рогор інгібує процес нітрифікації, монурон є сильним альгіцидом і помірним інгібітором процесів нітрифікації, базудин і ТМТД токсичні для грибів. Карбатіон блокує процес нітрифікації, різко знижує чисельність грибів, бактерій і водоростей при вмісті його в ґрунті в кількостях, набагато менших, ніж застосовуються на практиці. Внесення пестицидів – ліндану, каптану, малатіону знижує інтенсивність процесів нітрифікації й утворення нітратів у ґрунті в період їх дії. Малатіон – єдиний препарат який збільшує інтенсивність перетворення сірки в сульфати. Всі пестициди впродовж 15 днів уповільнюють розчинність фосфатів у ґрунті.
Характер і ступінь впливу пестицидів на геохімічну діяльність мікробоценозу в цілому визначається місцем, яке займають мікроорганізми в кругооббігу речовин і грунтоутворюючому процесі. Так, атразин, симазин, монурон і ряд інших гербіцидів – інгібіторів фотосинтезу, пригнічуючи ріст водоростей в агроекосистемах, де основними продуцентами є вищі рослини, вочевидь, помітно не впливатимуть на грунтоутворюючий процес і відповідно на родючість ґрунту. Потрапляння цих препаратів на примітивні ґрунти, покриті водоростями й лишайниками, може мати катастрофічні наслідки. Рогор блокує процеси окислення амонійного азоту до нітратів, що, безсумнівно, призводить до порушення нормального кругооббігу азоту в ґрунті. Однак в умовах інтенсивного застосування амонійних і амідних форм азотних добрив такий негативний ефект може бути й позитивним фактором, оскільки знижує втрати азоту з ґрунту і зменшує забруднення навколишнього середовища його окисленими формами (нітрати, нітрити).