Влияние химических веществ на агроэкосистемы (стр. 3 из 4)
3.Мутагенное и канцерогенное воздействие.
Такие вещества как ДДТ, ПХБФ и полиароматические углеводороды (ПАУ) потенциально обладают мутагенным и канцерогенным воздействием. Их опасное воздействие на человека и животных проявляется в результате длительного контакта с этими веществами, содержащимися в воздухе и пищевых продуктах. По данным, полученным на основе экспериментов с животными, канцерогенное действие осуществляется в результате двухступенчатого механизма.
4. Воздействие на поведение организмов
| Инициаторы | Промоторы | ||
| Химические соединения | Биологические свойства | Химические соединения | Биологические свойства |
| ПАУ (поликонденсированные ароматические углеводороды), нитрозоамины | Канцерогенный | Кротоновое масло | Сам по себе не канцерогенный |
| N-нитрозо-N-нитро-N-метилгуанидин | Эксопозиция перед воздействием промотора | Фенобарбитал | Действие проявляется после появления инициатора |
| Диметил-нитрозамин Диэтил-нитрозамин | Достаточно однократного введения | ДДТ, ПХБФ, ТХДД (тетрахлордибензодиоксин) | Необходимо длительное воздействие |
| N-нитрозо-N-метилмочевина | Влияние необратимо и аддитивно | Хлороформ | Вначале действие обратимо и не аддитивно |
| Уретан | Не существует пороговой концентрации | Сахарин (под вопросом) | Пороговая концентрация, вероятно зависит от времени воздействия дозы |
| 1,2-Диметилгидразин | Мутагенное действие | Цикламат | Мутагенное действие отсутствует |
Табл. 3. Примеры инициаторов и промоторов канцерогенеза
Время | Введение вещества ¯ Порог воздействия | ||
| немедленно - несколько суток | ¯ Нарушения поведения (неврологические и эндокринные, химотаксис, фотогеотаксис, равновесие / ориентировка, бегство, мотивация / способность к обучению) | ¯ Биохимические реакции (ферментная и метаболическая активность, синтез аминокислот и стероидных гормонов, мембранные изменения, мутации ДНК) ¯ ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ Изменения | |
| ¯ Физиологические (потребление кислорода, осмотическая и ионная регуляция, переваривание и экскреция пищи, фотосинтез, фиксация азота) | ¯ Морфологические (изменения клеток и тканей, образование опухолей, анатомические изменения) ½ | ||
| часы - недели | ¯¯ | ||
| сутки - месяцы | Изменение индивидуального жизненного цикла (эмбриональное развитие, скорость роста, репродукция, способность к регенерации) ¯ | ||
| месяцы - годы | Популяционные изменения (снижение числа особей, изменения возрастной структуры, изменение генетического материала) ¯ | ||
| месяцы - десятилетия | Экологические последствия (динамические изменения биоценозов / экосистем, их структуры и функции) | ||
Табл. 4. Воздействия на биологические системы по мере их усложнения в процессе взаимодействия с ДНК вызывают необратимые соматические мутации, причем достаточно очень малой дозы инициатора, предполагают, что для этого воздействия не существует пороговых значений концентрации, ниже которых оно не проявляется.
Промоторы усиливают действие инициатора, а их собственное воздействие на организм в течение некоторого времени является обратимым.
Аддитивное воздействие - суммирование (сложение) отдельных воздействий.
Нарушение поведения организмов является следствием суммарного воздействия на биологические и физиологические процессы.
Пример: Было установлено, что для явного изменения поведения, обусловленного воздействием химических препаратов, достаточно значительно меньших концентраций, чем ЛД50 (летальная доза при смертности 50 %).
Разные организмы обладают различной чувствительностью к химическим веществам, поэтому время проявления тех или иных действий химических веществ для различных биосистем различно.
IV. Экологический дисбаланс функциональных связей в агроэкосистемах.
Увеличивается доля человека и домашних животных в биосфере. Если в 1886 году она составила 5% всей биомассы животных, то сейчас уже 20%, согласно прогнозам, к 2000 году этот показатель может возрасти до 40% (Олдак,1990).
А.В. Яблоков (1990) проанализировал практику использования пестицидов в сельском хозяйстве. По его мнению, человек уже проиграл битву с насекомыми-вредителями, которые приспосабливаются к инсектицидам быстрее, чем изобретаются и выпускаются препараты. Под воздействием пестицидов погибают и “враги наших врагов”. Это приводит к экологическому дисбалансу в звене насекомое - энтомофаг, что служит причиной возникновения вторичных вспышек уцелевших, устойчивых к пестицидам популяций вредителей. Дальнейшее наращивание доз ведет к бесконечной гонке по замкнутому кругу (Небел, 1993).
Немногим лучше обстоит дело и с сорными растениями, в популяциях которых сравнительно недавно обнаружились экотипы, устойчивые к гербицидам. В итоге, видов-засорителей стало меньше, но экземпляров засорителей больше. Примерно также обстоит дело с использованием фунгицидов. На рис. 3 можно видеть количественную динамику применения химикатов за последние годы. Примечательно, что применение гербицидов растет быстрее по сравнению с инсектицидами, что отражает большую эффективность их использования и появление целого ряда малотоксичных и быстроразлагающихся в почве гербицидов, заменяющих агротехнические приемы при минимальной обработке почвы. После осознания бессмысленности дальнейшего наращивания применения химических средств борьбы с насекомыми резко упала роль инсектицидов.
Несколько иначе обстоят дела с объемами применения пестицидов в нашей республике. Как видно из рис. 4, за последние годы прослеживается резкое падение объемов применения ядохимикатов. Однако это не результат целенаправленной экологизации сельского хозяйства в РБ. Причина падения в настоящее время - отсутствие денег у сельхозпроизводителей на покупку нужного количества химикатов.
Усиливает разбалансированность экосистем превышение экологических нормативов распаханности территории и пастбищных нагрузок (Миркин и др, 1995).
Дисбаланс минеральных элементов в результате разрыва круговорота органики - общий недостаток всех узкоспециализированных (растениеводческих или животноводческих) агроэкосистем. Причина тому - чрезмерное наращивание одного трофического компонента и снижение участия других или даже их полное отсутствие (как в примере с чисто растениеводческими хозяйствами, где отсутствуют сельскохозяйственные животные). Г. Кант (1988) приводит данные о балансе минеральных элементов в почве в зависимости от комплексности (наличия животноводства и растениеводства) агроэкосистемы. В этой же работе приводятся рекомендации по замене навоза сидератами, что позволяет создать “эффект присутствия сельскохозяйственных животных” в чисто растениеводческой агроэкосистеме. На основании полученных данных Кант пишет, что самый благоприятный баланс гумуса в почве получается в комплексных агроэкосистемах, где мелкие животноводческие фермы равномерно распределены по всей площади экосистемы. В хозяйствах с преобладанием растениеводства необходимо использовать завозные корма, что позволит компенсировать потерю минеральных элементов, выносимых зерновыми культурами.
Энергетический кризис. Несмотря на усугубление экологических проблем в биосфере, продолжается рост энергопотребления в сельском хозяйстве, что не сопровождается повышением производства зерна (Braun, 1994). Это говорит о том, что естественные производственные емкости агроэкосистем исчерпаны. Впрочем, как показывает мировой опыт интенсификации сельского хозяйства, и до начала стагнации урожайности, огромные затраты энергии на агроэкосистемы сопровождались только небольшим увеличением выхода продукции. С 1910 года в США затраты на сельскохозяйственное производство возросли в 10 раз, что дало эффект только 2-хкратного увеличения урожая. В Англии за последние 10 лет количество вносимых удобрений увеличилось в 8 раз, тогда как урожай возрос только на 50% (Ecological..., 1974).
В целом на сегодняшний день не более 40% пашни мира используется по интенсивному типу с большими вложениями энергии (Одум, 1986). Средние мировые урожаи основных культур далеко не рекордные и весьма велика разница в урожае, получаемом в экономически развитых странах с высокой энерговооруженностью сельского хозяйства и при экстенсивном типе хозяйствования. Причем, как подчеркивает А. А. Жученко (1988), если бы все пахотные земли мира были переведены в режим интенсивного использования с высокими антропогенными субсидиями, то мы бы "проели" 95% добываемой энергии.