Poluarea solului cu pesticide - clasificarea pesticidelor si modul lor de actiune

Pesticidele sunt substante sau amestecuri de substante utilizate in agricultura si silvicultura, in scopul prevenirii si combaterii unor organisme vegetale si animale care aduc pagube directe sau indirecte culturilor agricole sau provoaca si intretin la plante si animale diferite boli.

Poluarea cu pesticide este un tip aparte de poluare deoarece pesticidele sunt administrate voluntar in mediu, pe suprafete din ce in ce mai mari si in cantitati din ce in ce mai mari. Actualmente, productia agricola este afectata de peste 10.000 de specii de insecte daunatoare, 600 de specii de buruieni ce concureaza plantele agricole si peste 1.500 de boli cauzate de virusi, bacterii si alti paraziti.

1. Clasificarea pesticidelor si modul lor de actiune

In functie de destinatia lor pesticidele pot fi clasificate in urmatoarele grupe mari:

- zoocide – destinate combaterii daunatorilor animali. In functie de grupul sistematic asupra caruia actioneaza, acestea pot fi: insecticide, rodenticide, nematocide, acaricide, etc.;

- fungicide si fungostatice – utilizate in combaterea ciupercilor microscopice, care produc maladii criptogamice la plante;

- erbicide – compusi folositi in combaterea buruienilor din culturile agricole;

- reglatori de crestere – substante care stimuleaza sau inhiba procesele vitale la plante. Dupa actiunea lor, acestea pot fi deflorante (inlatura excesul de flori), desicante (produc uscarea plantelor inainte de recoltare), defoliante (produc caderea frunzelor);

- substante atractante – care ademenesc diferite specii de insecte in scopul combaterii lor ulterioare;

- substante repelente – produsi care resping anumite specii de animale din culturi.

Dupa gradul de toxicitate al substantei active exprimat in doza letala medie (DL-50), pesticidele sunt impartite in 4 grupe: extrem de toxice, puternic toxice, moderat toxice si cu toxicitate redusa (tabelul 4.3). Printre cele mai toxice pesticide se numara acidul cianhidric (DL-50 = 1 mg /Kg corp) si compusii arsenului (DL-50 = 2 mg / Kg corp).

Tabelul 4.3. Clasificarea pesticidelor in functie de doza letala medie

Din consumul mondial de pesticide utilizate in agricultura circa 46% sunt erbicide, 31% insecticide, 18% fungicide si restul alte categorii de pesticide. Cantitatea si numarul de pesticide utilizate a crescut continuu. La nivelul anilor ’90 in Franta erau utilizate in scopuri fitosanitare circa 300 de compusi organici de sinteza, iar in SUA 900 de compusi, cu peste 60.000 de preparate comerciale.

Printre primele pesticide utilizate pe scara mare se numara doua insecticide puternice, DDT si HCH, utilizate la sfarsitul celui de-al doilea razboi mondial pentru combaterea paduchilor, agentii purtatori ai tifosului exentematic, boala care a facut numeroase victime in randul soldatilor si civililor. Pentru stoparea acestei epidemii, inventatorului DDT-ului, P. Müller, i s-a decernat Premiul Nobel.

Desi efectele utilizarii pesticidelor sunt deosebit de grave pentru mediu, ratiunea economica pentru care acestea se folosesc este aceea ca ele scad substantial forta de munca folosita in agricultura. Un muncitor din industria pesticidelor inlocuieste circa 100 de muncitori de la intretinerea culturilor agricole. Cresterea nevoii alimentare la nivel planetar a impus ridicarea eficientei muncii in agricultura. Daca in 1940 un fermier american producea hrana pentru 10 oameni astazi el produce hrana pentru mai mult de 50 de persoane.

Solul se comporta ca un rezervor in care se acumuleaza cantitati mari de pesticide si care dupa un anumit timp, numit timp de persistenta, se degradeaza. Timpul de injumatatire adica timpul necesar degradarii a 50% din cantitatea de pesticid din sol, depinde de natura pesticidului, modul de aplicare, conditiile pedo-climatice ale zonei, etc.

Timpul de injumatatire (TD₅₀) a pesticidelor depinde si de caracteristicile lor fizico-chimice, in special de gradul de solubilitate. Pesticidele hidrosolubile se degradeaza mai repede decat cele liposolubile.

Cantitatea si starea fizica in care se administreaza pesticidele influenteaza timpul lor de persistenta in sol. Cele care se administreaza sub forma de granule sunt mai repede degradate decat cele distribuite sub forma de solutie sau emulsie.

Caracteristicile fizico-chimice ale solului (cantitatea de substanta  organica, textura, umiditatea, temperatura) determina si ele timpul de degradare a pesticidelor. Precipitatiile abundente si temperatura ridicata maresc TD₅₀. De asemenea, cu cat numarul de microorganisme vii din sol este mai mare cu atat timpul de injumatatire al pesticidelor este mai redus.

Insecticidele sunt substante naturale sau de sinteza, cu actiune toxica asupra insectelor. Aceste zoocide pot fi clasificate in diverse categorii in functie de modul de actiune, de calea de patrundere in corpul insectei, de stadiul asupra caruia actioneaza, de toxicitate, de origine si compozitie chimica, de modul de conditionare, de solubilitate (Irina Teodorescu si A. Vadineanu, 1999).

Dupa modul de actiune, insecticidele pot fi clasificate in urmatoarele categorii:

toxice: produc intoxicarea si apoi moartea insectelor;

sterilizante: induc reducerea sau suprimarea potentialului reproducator al indivizilor;

hormonale: produc perturbari in procesul de dezvoltare ontogenetica;

atractante: atrag insectele si le concentreaza in zone restranse, dupa care acestea sunt distruse pe cale mecanica, fizica sau chimica;

Eseu: Test de evaluare la geografie - relieful Romaniei Referat: Europa si tarile UE - test

repelente: indeparteaza daunatorii de plantele utilizate ca sursa de hrana sau pentru depunerea oualor;

sinergizante: inhiba sistemele enzimatice ale insectelor, implicate in detoxifierea alcaloizilor, glicozizilor si a altor substante toxice continute in plante.  

Insecticidele, in functie de natura lor si de starea de agregare, pot actiona asupra insectelor prin contact direct, strabat cuticula, ajung in mediul intern al acestora si le provoaca moartea. Cele care se aplica prin stropirea plantelor sunt ingerate odata cu biomasa vegetala, ajung in tubul digestiv al insectelor si produc intoxicatii acute si moartea insectelor.

Insecticidele care se administreaza sub forma de gaze sunt inhalate si pe cale respiratorie duc la moartea insectelor. Cele mai noi sunt insecticidele sistemice care dupa stropire patrund prin frunzele si radacinile plantelor in seva si omoara insectele ce sug seva plantelor.

Dupa calea de patrundere in corpul insectelor, insecticidele pot fi:

de ingestie, care sunt ingerate odata cu hrana;

asfixiante, care patrund in organism prin caile respiratorii;

de contact, cand actioneaza la nivelul tegumentului;

Insecticidele pot actiona asupra tuturor stadiilor de dezvoltare ontogenetica a insectelor: ou, larva, pupa, adult. In functie de stadiul de dezvoltare a insectei, asupra careia isi exercita actiunea, insecticidele se clasifica in urmatoarele categorii:

ovicide: actioneaza asupra oualor de insecte;

larvicide: distrug stadiile larvare;

pupicide: actioneaza asupra pupelor;

imagocide: distrug insectele in stadiul de adult.

Originea si compozitia chimica a insecticidelor este foarte diversa. Dupa acest criteriu ele se impart in doua grupe mari: insecticide anorganice si insecticide organice.

Insecticidele anorganice sunt compusi ai arsenului, fluorului, mercurului, bariului, cuprului, zincului, magneziului, derivati ai benzenului si fenolului.

Insecticidele organice, dupa originea lor, pot fi naturale si de sinteza.

Insecticidele organice naturale sunt extrase din plante si mai sunt denumite si insecticide botanice. Sunt lipsite de remanenta si sunt putin toxice pentru animalele homeoterme. Dintre cele mai cunoscute insecticide organice naturale enumeram: piretrina (extrasa din florile genului Pyrethrum), nicotina (alcaloid extras din plante din genul Nicotiana), rotenona (extrasa din specii ale genului Derris, Lonchocarpus, Tephrosia), anabasina (extasa din Anabasis aphylla si Nicotiana glauca), veratrina (extrasa din Veratrum album), quasina (extrasa din Quasina amara si Pierasma excelsa).

Insecticidele organice de sinteza, dupa compozitia lor chimica, pot fi organoclorurate, organofosforice, carbamice, piretroizi, etc.

Insecticidele organoclorurate sunt produsi pe baza de hidrocarburi cu actiune neurotoxica, sunt insecticide de contact si de ingestie, putin solubile in apa, cu remanenta ridicata, incadrate in grupele II - IV de toxicitate. Datorita gradului mare de remanenta, a fost interzisa folosirea acestor insecticide incepand din anul 1970. Din aceasta grupa de insecticide face parte DDT-ul (diclordifeniltricloretan), HCH- ul (hexaclorciclohexan). Produsele comerciale fabricate pe baza acestor substante purtau diferite denumiri: Lindan, Fumlydox, Thiodan, Thionex.

Insecticidele organofosforice sunt esteri ai diversilor alcooli cu acizii fosforic, tiofosforic, ditiofosforic, pirofosforic. Actioneaza ca inhibitori ai colinesterazei, sunt insecticide de contact, de ingestie sau sistemice. Au remanenta redusa (sunt degradate de microorganisme sau de radiatia solara), toxicitate ridicata, fiind incadrate in categoriile I - III. Dintre produsele comerciale utilizate citam Carbetox, Onefon, Sinaratox.

Insecticidele carbamice sau carbamatii sunt derivati ai acidului carbamic. Au actiune inhibitoare colinesterazica, toxicitate ridicata (grupa I - III de toxicitate), remanenta redusa, sunt insolubile in apa, solubile in solventi organici.

Piretroizii de sinteza sunt esteri ai acidului crizantemic cu diferiti alcooli cu inel ciclopentenolonic si cu alcooli fennoxibenzilici. Au actiune neurotoxica puternica asupra insectelor. Produsele comerciale pe baza de piretroizi de sinteza sunt intalnite sub denumirea de Decis, Fastac, Karate, etc.

O categorie aparte de insecticide o formeaza inhibitorii metamorfozei insectelor. In acest mod actioneaza triflumuronul, clorfluazuronul, bromura de metil. Aceste substante produc perturbari in formarea chitinei din tegumentul larvelor insectelor, impiedecand astfel naparlirea acestora.

Reactia insectelor la substantele administrate ca insecticide poate fi de atragere  sau de respingere a lor. Dupa acest criteriu putem imparti insecticidele in doua categorii: atractante si repelente.

Substantele atractante sunt analogi de sinteza ai unor substante produse de insecte si fata de care acestea manifesta un chimiotactism pozitiv. Dupa rolul jucat de aceste substante in desfasurarea ciclului vital, ele pot fi:

atractanti sexuali sau feromoni sexuali: utilizati pentru a impiedica intalnirea sexelor si acuplarea si pentru capturarea in masa a insectelor atrase de feromon;

feromoni de agregare: substante care atrag indivizii din specia daunatoare catre un loc de iernare sau o sursa de hrana si unde pot fi distrusi prin anumite metode;

kairomoni: substante utilizate pentru a perturba localizarea gazdei de catre paraziti si de a concentra daunatorii in anumite zone unde sunt distrusi;

atracatanti de nutritie: substante utilizate pentru atragerea insectelor daunatoare in anumite zone unde sunt distruse prin metode chimice sau mecanice.

Substantele repelente sau insectifuge sunt substante care declanseaza la insecte un chimiotactism negativ. Dupa originea lor ele pot fi naturale sau de sinteza.

Substantele repelente naturale sunt uleiuri volatile emanate de unele plante (usturoi, piper) sau extrase din unele plante (busuioc, rozmarin, pin, ienupar, levantica, coriandru) si care indeparteaza anumite specii de insecte.

Substantele repelente sintetice sunt substante care aplicate pe plante impiedica hranirea normala a insectelor sau depunerea oualor pe aceste plante. Din aceasta categorie fac parte naftalina, terebentina, benzoatul de benzil, substante analoage alomonilor insectelor. In functie de rolul lor, aceste substante pot fi repelenti de nutritie (indeparteaza insecta de plantele care ii servesc in mod obisnuit ca hrana) si repelenti de ovipozitie (impiedica depunerea oualor pe substratul adecvat, caracteristic speciei).

Fungicidele sunt substante care combat maladiile criptogamice si cauzeaza boli culturilor agricole, precum mana cartofului, mana vitei de vie, carbunele si rugina cerealelor, etc. Bolile criptogamice sunt provocate de invazia tesuturilor plantei de catre miceliul ciupercilor microscopice. Combaterea acestor boli este in primul rand preventiva si consta in distrugerea germenilor miceliului chiar in momentul germinarii sporilor.

Cele mai vechi fungicide utilizate sunt sarurile de cupru (sulfatul de cupru si alti derivati minerali), care sunt din ce in ce mai mult inlocuite cu compusi organici. Primele fungicide organice folosite inca din anii ’30 au fost cele organomercurice, care impreuna cu un insecticid organoclorurat erau folosite la tratarea semintelor inainte de semanare, pentru a proteja plantula de atacul ciupercilor si al insectelor. Clorura de mercur, foarte toxica pentru animale, a fost inlocuita silicat de metoximetil sau acetat de fenilmercur, substante cu o toxicitate mai redusa.

Erbicidele sunt pesticide utilizate in combaterea buruienilor din culturile agricole si constituie cea mai mare parte a pesticidelor fabricate si folosite. Primele erbicide utilizate au fost cloratul de sodiu si derivatii arsenici, dar au fost repede abandonati datorita timpului mare de persistenta. Pe terenurile pe care se aplicau aceste erbicide nu mai puteau fi cultivate plante din aceeasi familie cu buruienile combatute timp de mai multi ani.

Derivatii acidului fenoxiacetic au fost printre primele erbicide intens folosite. Ei mineaza actiunea auxinelor vegetale, produc tulburari de crestere in regiunea meristemelor apicale si prin aceasta determina moartea buruienilor. Alte erbicide actioneaza ca substituenti ai ureei, se aplica foliar si distrug zonele meristematice ale buruienilor.

Cel mai puternic erbicid fabricat in S.U.A. a fost Pychloram-ul, care in doze de numai 60g/ha elimina in intregime plantele sensibile. Remanenta in sol este asa de mare incat prezenta sub forma de urme a acestui erbicid in balegarul erbivorelor face ca plantele sensibile sa nu mai creasca mult timp pe terenurile pe care s-a imprastiat astfel de gunoi.

2 Particularitati ecologice ale pesticidelor

Se considera initial ca pesticidele actioneaza cu precadere asupra anumitor daunatori vegetali si animali, producand totusi si unele efecte secundare nedorite. Actualmente, este acceptat faptul ca pesticidele actioneaza asupra ecosistemelor in ansamblul lor, producand modificari profunde si de lunga durata.

Pesticidele prezinta un spectru larg de toxicitate pentru toate speciile de plante si animale cu care vin in contact. Denumirea de insecticid, erbicid, etc. arata grupul dominant asupra carora actioneaza, dar de fapt ele produc efecte secundare asupra tuturor organismelor din biocenoza.

Ele se utilizeaza pentru distrugerea unui numar mic de specii daunatoare, dar de fapt actioneaza asupra tuturor fiintelor vii. La animale toxicitatea pesticidelor este mare atat pentru poichiloterme cat si pentru homeoterme.

Pesticidele actioneaza asupra populatiilor in intregime si nu asupra indivizilor luati separat. Efectul pesticidelor nu depinde de densitatea populatiei considerate daunatoare. O anumita doza determina aceeasi mortalitate indiferent de efectivul populatiei contaminate.

Cantitatea de pesticide utilizata pe o anumita suprafata este net superioara strictului necesar pentru distrugerea daunatorilor. Se folosesc supradoze de pesticide, asa-zise “tratamente de asigurare”.

Pesticidele se administreaza pe suprafete foarte mari, de zeci de milioane de hectare numai in Europa. Ele au un grad mare de remanenta in sol, de exemplu DDT are in apa un TD50 de 10 ani, dieldrinul de 20 de ani, etc. (tabelul 4.4).

Tabelul  Timpul de injumatatire a unor pesticide (Vlaicu I., 1998)

Raspandirea pesticidelor se face rapid de pe terenurile pe care s-au administrat pana in zonele cele mai indepartate, pe cale aeriana, prin apele de suprafata sau freatice, incat se poate spune ca poluarea cu pesticide a devenit un fenomen cvasiuniversal.

3. Efectul pesticidelor asupra speciilor, populatiilor si biocenozelor

Poluarea mediului inconjurator cu pesticide are drept urmare perturbari ecologice la nivelul speciilor, populatiilor si biocenozelor. Acest fapt este legat de lipsa selectivitatii multor pesticide, ceea ce explica amploarea efectelor ecologice. Chiar eliminarea unei singure specii, mai ales daca ea este dominanta, antreneaza veritabile dezechilibre la nivelul biocenozelor.

Dupa modul lor de actiune asupra speciilor, populatiilor si biocenozelor pesticidele pot avea efecte directe si efecte indirecte. Efectele directe pot avea consecinte imediate asupra speciilor, datorita toxicitatii acute a pesticidelor si produc moartea unei anumite parti din populatia de organisme vegetale si animale sensibile, cu atat mai mare cu cat doza de pesticid este mai ridicata.

Consecintele de durata ale administrarii pesticidelor se datoreaza toxicitatii cronice a acestora. Ele se concentreaza in lanturile trofice si se manifesta pregnant asupra speciilor de la capatul acestora, in special asupra carnivorelor, determinand diminuarea potentialului biotic al speciilor prin scaderea coeficientului de natalitate, diminuarea fecunditatii, scaderea viabilitatii oualor sau prin conjugarea acestor mecanisme.

Efectele directe constau si in diminuarea biodiversitatii ecosistemele afectate de pesticide. Astfel, erbicidele administrate in agroecosisteme, odata cu buruienile elimina si plantele spontane de pe marginea ogoarelor, care constituiau zone de refugiu pentru numeroase specii de animale.

Erbicidele folosite pentru combaterea maracinisurilor din paduri duc si la disparitia a numeroase specii de arbusti din aceste ecosisteme. Erbicidele defoliante folosite in razboiul din Vietnam au afectat si padurea de mangrove si au dus la disparitia multor arbori tropicali de talie mare.

Insecticidele utilizate in agricultura, odata cu eliminarea insectelor daunatoare, provoaca moartea a numeroase specii de animale din zonele invecinate. Sunt afectati grav polenizatorii, cu consecinte asupra productiilor agricole.

Pulverizarea insecticidelor deasupra padurilor a dus la intoxicarea puternica a avifaunei, ceea ce a determinat diminuarea puternica a efectivelor acestora. Sunt afectati, in aceeasi masura, batracienii si reptilele. Folosirea la semanat a semintelor tratate cu insecticide si fungicide provoaca adesea mortalitati insemnate la speciile de pasari granivore.

Reducerea biodiversitatii in ecosisteme datorata folosirii pesticidelor nu este uniforma, cele mai afectate sunt speciile de talie mare si cele aflate la capatul lanturilor trofice.

Efectele indirecte ale utilizarii pesticidelor pot fi evidentiate atat la nivelul populatiei cat si la nivelul biocenozei.

Efectele demoecologice sau la nivel populational se manifesta, in primul rand, prin regresia populatiilor contaminate cu pesticide. Prin ingestia de hrana contaminata are loc disparitia aproape completa a speciilor sensibile, scaderea potentialului biotic al speciilor, scaderea coeficientului de crestere naturala a speciilor afectate.

Regresia populatiilor contaminate poate avea loc si pe calea bioacumularii si bioconcentrarii pesticidelor in lungul lanturilor trofice, prin micsorarea potentialului biotic al speciilor sensibile aflate la capatul acestor lanturi.

Folosirea abuziva a pesticidelor a dus si la aparitia unor rase de insecte rezistente la insecticide. Initial s-a constatat rezistenta la unele insecticide minerale, dar ulterior si la insecticide de sinteza. In 1961 era semnalata rezistenta a 98 de specii parazite la animale si 35 de specii daunatoare ale culturilor vegetale, rezistente la unul sau mai multe insecticide. Astazi, numarul speciilor rezistente la insecticide a depasit cifra de 450.

Efectele biocenotice ale pesticidelor se manifesta prin perturbari ale biocenozelor in ansamblu. Acestea pot duce la disparitia unor specii insensibile la un anumit pesticid, datorita disparitiei hranei care a fost decimata de acesta. De exemplu distrugerea entomofaunei cu insecticide poate duce la disparitia speciilor insectivore.

Pesticidele administrate pe sol ajung in apele de suprafata prin siroire. Aceste substante pot provoca moartea puietului de peste, in mod direct prin toxicitate acuta sau in mod indirect, decimand hrana naturala a puietului care astfel moare prin infometare.

Unele specii de animale din biocenoze dispar datorita unor erbicide ce au distrus plantele gazda ale acestora. Astfel, distrugerea macului din culturi a dus la disparitia speciilor de insecte care traiau pe acesta.

Pesticidele pot perturba echilibrul in biocenoza si prin inmultirea puternica a unor specii care inainte de tratament aveau o densitate redusa, datorita concurentei la hrana. De exemplu, erbicidele pot elimina din biocenoza unele specii de dicotiledonate care tineau in echilibru alte specii si  care ulterior se dezvolta exploziv devenind daunatoare.

Perturbarea echilibrului in biocenoza prin actiunea pesticidelor poate avea loc si prin proliferarea puternica a unei specii, datorita eliminarii dusmanilor naturali, pradatorilor si parazitilor in urma aplicarii tratamentelor. Are loc asadar, o perturbare a concurentei interspecifice in biocenoza. De exemplu, insectele entomofage endoparazite mentin un echilibru in dezvoltarea insectelor daunatoare. Tratamentele cu pesticide produc moartea aproape in totalitate a endoparazitilor si ca urmare are loc, in mod paradoxal, o crestere rapida a populatiei de insecte pe care doream sa o combatem.

Eliminarea dusmanilor naturali a unei specii prin tratamente cu pesticide poate duce la aparitia unei noi specii daunatoare, care pana la aplicarea pesticidului era rara si nu provoca daune semnificative.

Asadar, proliferarea unei specii care pana in momentul administrarii pesticidului era inofensiva din punct de vedere economic, poate avea loc fie datorita modificarii competitiei la hrana, fie datorita scaderii presiunii daunatorilor si parazitilor asupra acelei specii.

Pesticidele actioneaza si asupra succesiunii biocenozelor. Erbicidele mai putin selective au efecte comparabile cu ale focului si aduc ecosistemul la stadiul initial de colonizare cu plante pionier. Erbicidele mai selective, cum sunt cele utilizate la limitarea extinderii maracinisurilor si arbustilor in preerie, au blocat succesiunea preeriilor la un stadiu intermediar mai diversificat (cu arbusti) care   s-ar finaliza cu stadiul de padure.