Екотоксикологічна оцінка застосування засобів захисту рослин

Засоби захисту рослин є невід’ємною складовою сучасних агротехнологій, попри загальновідомі негативні наслідки впливу на людину і навколишнє природне середовище. Для зменшення негативного впливу пестицидів на агроекосистеми і прилеглі території необхідно брати до уваги потенційні екологічні ризики їх застосування.

Результати досліджень із визначення деструкції, накопичення та міграції пестицидів у ґрунтовому середовищі, водних об’єктах, рослинах, встановлення екологічного ризику та екотоксикологічного обґрунтування застосування пестицидів за вирощування різних сільськогосподарських культур описані в низці робіт. Але за швидко поновлюваного асортименту інсектицидів, неконтрольованого застосування, порушення регламентів внесення постійно зберігає актуальність виявлення найбільш ефективних препаратів із найменшою негативною дією на довкілля. Тому під час розробки системи заходів контролю шкідливих організмів у посівах сільськогосподарських культур та застосування хімічних засобів захисту рослин важливо завчасно оцінити рівень їх потенційної небезпеки для навколишнього природного середовища та людини.

До небезпечних речовин антропічного походження, що потрапляють у навколишнє природне середовище, крім промислових відходів, належать хімічні засоби захисту рослин від шкідливих організмів. Обсяг використання цих переважно високотоксичних для людини і біоти речовин у світі з року в рік зростає і нині становить понад 2 млн т. В Україні у 2020 р. було застосовано 24 621,7 тис. кг пестицидів при вирощуванні різних сільськогосподарських культур, що в перерахунку становило 1,39 кг/га посівної площі.

У структурі асортименту пестицидів за кількістю препаратів, дозволених до використання в Україні, інсектициди посідають одне з останніх місць і в загальному обсязі внесених пестицидів у 2020 р. становили лише 6,3%. Водночас за показниками токсичності та небезпечності під час потрапляння в організм людини та за впливом на нецільові об’єкти інсектициди і акарициди посідають перше місце.

Прояв токсичності визначається фізико-­хімічними властивостями речовини, тоді як характеристика токсичного процесу є функцією кількості діючої речовини та залежить від низки чинників. Вважають, що застосування пестицидів є методом управління якістю агроценозів, який враховує економічну доцільність і екологічну безпеку. Зазначене і визначає актуальність проведених досліджень щодо екотоксикологічної оцінки інсектицидів і акарицидів, які найчастіше використовують у технологіях вирощування різних сільськогосподарських культур.

Метою досліджень був аналіз обсягів внесення інсектицидів і акарицидів за вирощування сільськогосподарських культур в Україні, зокрема, на території центральної частини Правобережного Лісостепу України, та визначення ступеню небезпечності їх застосування.

Впродовж 2005–2020 рр. в умовах польових дослідів проведено дослідження з 23 хімічними препаратами, які широко застосовують для захисту від шкідників (комах, кліщів) у технологіях вирощування різних культур на території центральної частини Правобережного Лісостепу України. Перелік і загальну характеристику досліджуваних пестицидів наведено в табл. 1.

Екотоксикологічну оцінку досліджуваних хімічних препаратів проводили з використанням методик, розроблених Інститутом захисту рослин НААН. Використовували дані паспорта безпеки препаратів і діючої речовини. Також брали до уваги гігієнічну класифікацію пестицидів за ступенем небезпечності, згідно з якою пестициди поділяють на чотири класи небезпечності: I – надзвичайно небезпечні, II – небезпечні, III – помірно небезпечні, IV – малонебезпечні.

Для оцінювання ступеня небезпечності (С_н) застосування інсектицидів та акарицидів використовували методику Васильєва зі співавторами, яка враховує показники токсичності пестицидів (категорія А) і їх персистентність (категорія Б).

Ступінь небезпечності (С_н) застосування інсектицидів і акарицидів оцінювали за інтегральною шкалою: 1 і 2 – дуже небезпечні; 3 – небезпечні; 4 і 5 – помірно небезпечні; 6 і 7 – малонебезпечні.

РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ

В Україні дозволено до застосування близько 25 формуляцій інсектицидів. За даними Держстатистики України, в середньому за 2018–2020 рр. обсяг застосованих інсектицидів і акарицидів в Україні (загалом) становив 1750,5 тис. кг/рік, і в тому числі на території Центрального Лісостепу – 279,1 тис. кг/рік, що свідчить про значне хімічне навантаження на агроценози і ґрунти та високий ризик екологічної небезпеки (рис. 1).

За токсикологічними параметрами (гостра пероральна токсичність), згідно з Гігієнічною класифікацією пестицидів за ступенем небезпечності, досліджувані препарати належать до другого і третього класів небезпечності та є, відповідно, небезпечними і помірно небезпечними.

За даними таблиці 1, найбільше хімічне навантаження на агроценоз і ґрунт відбувається за застосування препаратів Актеллік 500 ЕС, КЕ; Шаман, КЕ; Данадим Мікс, КЕ. Навіть за одноразового обприскування рослин цими препаратами в агроценоз вноситься понад 400 г/га небезпечних хімічних сполук. За застосування інсектицидів Децис Профі 25 WG, ВГ і Децис f­-Люкс 25 ЕС, КЕ вноситься менше 10 г/га (д.р. дельтаметрин), однак ці препарати за токсикологічними властивостями є більш небезпечними і належать до другого класу небезпечності.

Серед помірно небезпечних інсектицидів (3 клас небезпечності) за застосування препаратів Актара 25 WG ВГ; Кораген 20, КС; Проклейм 5 SG, РГ вноситься менше ніж 40 г/га діючої речовини, що свідчить про зниження прояву екологічних ризиків в агроекосистемі внаслідок застосування інсектицидів.

Визначено, що здебільшого досліджувані хімічні препарати є однокомпонентними (16 препаратів), із діючими речовинами, які належать до 9 хімічних класів, як­-от піретроїди, неонікотиноїди, фосфорорганічні сполуки, антраніламіди, авермектини, тетразини, піразоли, піридазинони, бензосечовини (табл. 2).

За показником періоду напіврозпаду у ґрунті більшість діючих речовин досліджуваних препаратів проти шкідників не є стійкими (Т₅₀ < 30 діб) або помірно стійкими (Т₅₀ 39–75 діб).

До стійких віднесено д.р. лямбда­цигалотрин і емамектину бензоат, період напіврозпаду яких становить 175 і 300 діб відповідно. Ці хімічні сполуки входять до складу препаратів Ампліго 50 ZС, ФК; Енжіо 247 SС, КС; Ламдекс, СК; Проклейм 5 SG, РГ і можуть зберігатися у ґрунті до року, тобто мати пролонговану в часі потенційну небезпеку.

Дуже стійкі, з періодом напіврозпаду у ґрунті більше року, хімічні сполуки хлорпірифос (Т₅₀ 386 діб) і хлорантраніліпрол (Т₅₀ 597 діб), вони є діючою речовиною препаратів Шаман, КЕ; Ампліго 150 ZС, ФК; Воліам Флексі 300 SС, КС; Кораген 20, КС. Тобто ці речовини повільно піддаються біодеградації у ґрунтовому середовищі.

Аналіз показника ЛД₅₀ засвідчив, що 50% досліджуваних препаратів містять діючу речовину з високим показником гострої пероральної токсичності й віднесені до 2 класу небезпечності. Це  тіаклоприд, ацетаміприд, хлорпірифос, дельтаметрин, лямбда-цигалотрин, гамма­-цигалотрин, біфентрин, емамектину бензоат, піридабен. Надмірне або неправильне застосування препаратів на їх основі може спричинити як екологічну небезпеку для довкілля, так і небезпеку для здоров’я людини, яка споживає сільськогосподарську продукцію із залишками пестициду.

До помірно небезпечних (3 клас) віднесено сполуки тіаметоксам, диметоат, тау-флювалінат, циперметрин і тебуфенпірад.

За показником гострої пероральної токсичності лише три діючі речовини належать до 4 класу небезпечності – хлорантраніліпрол, клофентезин і новалурон (ЛД₅₀ > 5000 мг/кг). Ці хімічні сполуки є основною складовою препаратів Ампліго 150 ZC, ФК, Воліам Флексі 300 SC, КС; Кораген 20, КС; Аполло, КС; Корморан, КЕ (Соrmоrаn EC); Рімон Фаст, КС.

Читати по темі: Стратегія фунгіцидного захисту зернових

Для екотоксичної дії пестицидів також рекомендовано використовувати полярність за величиною дипольного моменту (µ) діючої речовини для аналізування швидкості їх детоксикації у рослинах і ґрунті. Зокрема, за результатами досліджень учених Інституту захисту рослин НААН встановлено, що сполуки хлорпірифос (µ 0,32 Д), біфентрин (µ 0,38 Д), дельтаметрин (µ 1,27 Д), лямбда-­цигалотрин (µ 1,27 Д), циперметрин (µ 1,31 Д) відносяться до неполярних пестицидів із показником дипольного моменту < 2 Д. Тому хімічні препарати на їх основі розкладаються в агроценозах набагато повільніше. До малополярних сполук (µ 2-­6 Д) належать тіаклоприд (µ 4,80 Д), тіаметоксам (µ 5,55 Д), піриміфосметил (µ 3,25 Д), диметоат (µ 5,70 Д). Отже, відповідно до триступеневої класифікації, більшість досліджуваних пестицидів є сполуками неполярними і малополярними.

Серед досліджених інсектицидів і акарицидів найчастіше застосовують препарати на основі діючих речовин: хлорпірифос і диметоат із класу фосфорорганічні сполуки; лямбда-­цигалотрин – із класу піретроїдів; тіаметоксам – із класу неонікотиноїдів (рис. 2). Про це свідчать офіційні статистичні дані, згідно з якими близько 15% інсектицидів у Переліку пестицидів і агрохімікатів, дозволених до використання в Україні, на основі хлорпірифосу, у т.ч. 11 препаративних форм вітчизняного виробництва. У середньому за 2018–2020 рр. в Україні було внесено хлорпірифосу 542,9 тис. кг/рік.

Але потрібно брати до уваги, що використання і широкий спектр застосування хлорпірифосу призводить до масового забруднення навколишнього природного середовища і завдає серйозної шкоди нецільовим організмам. Крім того, метаболіти хлорпірифосу (хлорпірифос­-оксон та 3,5,6  трихлор­-2­-піридинол) є більш токсичними, ніж його вихідна сполука. Зважаючи на високу потенційну екологічну небезпеку та значний ризик забруднення сільськогосподарської продукції д.р. хлорпірифос і хлорпірифосметилу в 2021 р. затверджено максимально допустимий рівень (МДР) їх вмісту в сільськогосподарській продукції на рівні 0,01 мг/кг (Наказ МОЗ України від 18.05.2021 р. № 960).

Серед фосфорорганічних інсектицидів в Україні популярними у використанні є препарати на основі д.р. диметоат, яких у середньому було внесено близько 95 тис. кг на рік (див. рис. 2). І хоча за хімічними властивостями ця діюча речовина є малополярною, нестійкою у ґрунті, рухливою, але зазвичай не зберігається в аеробних водних системах. Крім того, її метаболіти (зокрема ометоат) є більш токсичними, проявляють стійкість у ґрунтовому середовищі. Ця хімічна сполука помірно токсична для ссавців, але може мати серйозні наслідки для здоров’я людини, оскільки є інгібітором ацетилхолін естерази. Дуже токсична для птахів та бджіл, помірно токсична для більшості водних видів.

Також викликає занепокоєння застосування значного обсягу (80,2 тис. кг/рік) інсектицидів на основі д.р. лямбда­-цигалотрин. Це синтетичний піретроїдний інсектицид, стійкий у ґрунтовому середовищі. Дуже токсичний для ссавців, риб, водних безхребетних та медоносних бджіл. Враховуючи токсико-­гігієнічні характеристики д.р. лямбда­-цигалотрин, препарати на її основі мають високу потенційну екологічну небезпеку для навколишнього природного середовища і людини. Препарати класу синтетичних піретроїдів, попри свої нейротоксичні властивості, є ще й ендокринними дизрапторами. Загальновідомо, що синтетичні піретроїди мають піретроподібні структури з більш високими експлуатаційними характеристиками і становлять понад 30% засобів для боротьби зі шкідливими комахами в усьому світі, внаслідок таких вигідних властивостей як низькі норми витрат за обробки сільськогосподарських культур, низька летючість тощо.

Препарати на основі д.р. біфентрин використовують понад 20 років на широкому переліку сільськогосподарських культур. Ця хімічна сполука – синтетичний піретроїдний інсектицид третього покоління, що характеризується екологічною стійкістю, стійкістю до рослин та високою інсектицидною активністю. Це може спричинити як екологічну небезпеку, так і небезпеку для здоров’я людини, що вживає сільськогосподарську продукцію із залишками пестициду. За ступенем небезпечності д.р. біфентрин належить до 2 класу небезпечності (помірно стійкий) за стійкістю у вегетуючих рослинах та до 2 класу небезпечності за величиною інтегрального показника небезпечності при вживанні продуктів (небезпечні сполуки). І хоча д.р. біфентрин було внесено в середньому 7,61 тис. кг/рік, негативні екологічні наслідки для нецільових об’єктів і здоров’я людини можуть бути доволі знач­ними.

Пестициди групи неонікотиноїдів в останні десятиріччя стали лідерами продажу у сільськогосподарському секторі, а застосування препаратів на основі тіаметоксаму в Україні зросло з 56,5 тис. кг у 2018 р. до 81,8 тис. кг у 2020 р. Таке стрімке зростання обсягів продажу, а відтак і застосування неонікотиноїдів відбулось внаслідок їх високої біологічної активності проти широкого спектру шкідників завдяки низьким нормам витрат та помірній стійкості в об’єктах навколишнього середовища. Водночас доведено значне поширення сполук неонікотиноїдів в об’єктах довкілля, що зумовлено інтенсивним їх використанням на всіх етапах розвитку сільськогосподарських культур, високою мобільністю й відносно тривалим періодом напіврозпаду у ґрунті, має негативний вплив на біорізноманіття та угруповання корисних мікроорганізмів, а також медоносних бджіл та джмелів. За токсикологічними показниками встановлено, що найбільш небезпечний токсикологічний профіль мають д.р. тіаклоприд та ацетаміприд.

Незважаючи на те, що неонікотиноїди є менш токсичними для ссавців, порівняно з іншими класами інсектицидів (наприклад, хлорорганічними та фосфорорганічними сполуками, карбаматами), існують дані щодо їх потенційної небезпеки для ссавців і людей.

Вище викладене свідчить про те, що питання безпечності використання інсектицидів, у т.ч. найбільш поширених груп неонікотиноїдів, ФОС, піретроїдів та ін. серед сучасних засобів захисту рослин постійно зберігає актуальність і потребує науково обґрунтованого їх застосування.

Окремої уваги потребує захист сільськогосподарських культур від кліщів-­фітофагів, які є одними із найнебезпечніших шкідників плодових і ягідних культур. Наявність значних площ насаджень цих культур у агровиробництві та особистих селянських господарствах на території Центрального Лісостепу, а також зростання вимог до якості продукції актуалізують проблему захисту рослин від кліщів та розроблення екологічно безпечних методів контролю їх чисельності.

Досліджували акарициди на основі трьох діючих речовин із різних хімічних класів: із тетразинів – д.р. клофентезин; піразолів – д.р. тебуфенпірад; піридазинонів – д.р. піридабен. За даними (рис. 2), впродовж 2018–2020 рр. для регулювання чисельності кліщів найбільше застосовували акарициди на основі д.р. клофентезину і піридабену – майже в однакових обсягах (3,01 і 3,08 тис. кг/рік відповідно). Саме д.р. піридабен є високотоксичною, особливо для більшості водних організмів та медоносних бджіл, помірно стійкою у ґрунті речовиною і має низьку розчинність у воді. Препарати з д.р. тебуфенпірад вносили в 3,8 раза менше. Ця хімічна сполука є помірно небезпечною та швидко розкладається у ґрунті.

Використовуючи методику Васильєва зі співавторами, встановили, що більшість досліджуваних засобів захисту рослин від шкідників відносяться до помірно і малотоксичних речовин (табл. 3). До високотоксичних препаратів належать інсектициди Данадим Мікс, КЕ; Ламдекс, мк.с.; Рімон Фаст, КС; Цезар, КЕ; Шаман, КЕ і акарицид Санмайт, ЗП, у яких ЛД50 становить 55­-160 мг/кг.

Клас небезпеки пестицидів категорії Б залежить від їхньої персистентності, біокумуляції в об’єктах навколишнього природного середо­вища, фітотоксичної дії тощо. Основним критерієм небезпеки в цій категорії є період напіврозпаду (Т₅₀) у ґрунті. Аналіз досліджуваних пестицидів за цим критерієм показав, що більшість препаратів відноситься до високостійких хімічних сполук із періодом напіврозпаду у ґрунті 51–386 діб.

До малостійких препаратів, які повністю розкладаються у ґрунті впродовж 5–6 діб, належать Біскайя 240 OD, МД; Данадим Мікс, КЕ; Децис Профі 25 WG, ВГ; Децис f­-Люкс 25 EC, КЕ; Каліпсо 480 SC, КС; Корморан, КЕ (Соrmoran EC); Моспілан, ВП; Проклейм 5 SG, РГ; Рубіж, КЕ.

З урахуванням показників категорій А і Б визначено ступінь небезпечності досліджуваних препаратів. До малонебезпечних (4 ступінь небезпечності) належать препарати Децис Профі 25 WG, ВГ; Децис f­-Люкс 25 EC, КЕ; Каліпсо 480 SC, КС; Корморан, КЕ; Проклейм 5 SG, РГ і Рубіж, КЕ.

За сукупністю екотоксикологічних і санітарно­-гігієнічних показників до небезпечних (3 ступінь) віднесено пестициди Ампліго 150 ZC, ФК; Енжіо 247 SC, КС і Масаї, ЗП, до дуже небезпечних (2 ступінь) – Ламдекс, СК; Рімон Фаст, КС; Шаман, КЕ; Цезар, КЕ і Санмайт, ЗП. Ці сполуки є неполярними, високотоксичними і повільно розкладаються в агроценозах. Саме зазначені препарати необхідно обмежити у застосуванні для зменшення хімічного навантаження на агрофітоценоз і ґрунт. Їх застосування потребує детальнішої регламентації, нормування та контролю.

ВИСНОВКИ

У середньому за 2018–2020 рр. на території України і Центрального Лісостепу України було внесено хімічних засобів захисту рослин проти шкідників 1750,5 тис. кг і 279,1 тис. кг відповідно, що свідчить про значне хімічне навантаження на агроценоз і ґрунт. Серед досліджених інсектицидів і акарицидів найчастіше застосовують препарати на основі діючих речовин хлорпірифос і диметоат із класу фосфорорганічних сполук, лямбда­-цигалотрин – із класу піретроїди, тіаметоксам – із класу неонікотиноїдів.

У середньому за 2018–2020 рр. в Україні внесено 743,0 тис. кг/рік препаратів на основі д.р. хлорпірифос, 95 тис. кг/рік – д.р. диметоат і 80,2 тис. кг/рік – д.р. лямбда-цигалотрин, які є стійкими у ґрунті й за показником гострої пероральної токсичності віднесені до 2 і 3 класів небезпечності. Проти кліщів найбільше внесено акарицидів на основі д.р. клофентезин і піридабен (3,01 і 3,08 тис. кг/рік відповідно), серед яких д.р. піридабен є високотоксичною, помірно стійкою у ґрунті і з низькою розчинністю у воді.

Встановлено, що високотоксичними препаратами є інсектициди Данадим Мікс, КЕ; Ламдекс, СК; Рімон Фаст, КС; Цезар, КЕ; Шаман, КЕ і акарицид Санмайт, ЗП із показником ЛД50 55–160 мг/кг. Більшість препаратів є високостійкими хімічними сполуками із періодом напіврозпаду (Т₅₀) у ґрунті 51–386 діб, це – Актара 25 WG, ВГ; Ампліго 150 ZC, ФК; Воліам Флексі 300 SC, КС; Енжіо 247 SC, КС; Кораген 20, КС; Ламдекс, СК; Маврік, BE; Рімон Фаст, КС; Цезар, КЕ; Шаман, КЕ; Аполло, КС; Санмайт, ЗП.

За ступенем небезпечності (С_н) до малонебезпечних (6­-7 ступінь небезпечності) належать препарати Децис Профі 25 WG, ВГ; Децис f­-Люкс 25 EC, КЕ; Каліпсо 480 SC, КС; Корморан, КЕ, Проклейм 5 SG, РГ; Рубіж, КЕ. За сукупністю екотоксикологічних і санітарно-­гігієнічних показників до небезпечних (3 ступінь) віднесено пестициди Ампліго 150 ZC, ФК; Енжіо 247 SC, КС; Масаї, ЗП; до дуже небезпечних (2 ступінь) – Ламдекс, СК; Рімон Фаст, Кс; Шаман, КЕ; Цезар, КЕ і Санмайт, ЗП. Ці сполуки є неполярними, високотоксичними і повільно розкладаються в агроценозах, а тому їх застосування необхідно обмежити з метою зменшення хімічного навантаження на довкілля.

С. М. Мостов’як, канд. с.-г. наук; І. І. Мостов’як, д-р с.-г. наук; О. І. Борзих, д-р с.-г. наук, академік НААН; В. П. Федоренко, д-р біол. наук, проф., академік НААН України, Уманський національний університет садівництва

Опубліковано в журналі “Агроном”, 2024