ПОСЛЕДСТВИЯ ДАЛЬНЕГО ПЕРЕНОСА В АТМОСФЕРЕ ХЛОРОРГАНИЧЕСКИХ ПЕСТИЦИДОВ И ПОЛИХЛОРБИФЕНИЛОВ Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК «14.72:615.285.7:547.562.33

Ц. И. Бобовникова, А. В. Дибцева, С. Г. Малахов, А. А. Сиверина ПОСЛЕДСТВИЯ ДАЛЬНЕГО ПЕРЕНОСА В АТМОСФЕРЕ ХЛОРОРГАНИЧЕСКИХ ПЕСТИЦИДОВ И ПОЛИХЛОРБИФЕНИЛОВ

Институт экспериментальной метеорологии, Обнинск

Нормирование выбросов загрязняющих веществ в промышленности, плотности и масштабов применения пестицидов в сельском хозяйстве учитывает возможные последствия загрязнения в локальных местах поступления этих веществ в окружающую среду. В этом случае рассматривается и оценивается эффект воздействия высоких уровней загрязнения на относительно небольшую территорию. В то же время целый ряд токсичных веществ может распространяться в атмосфере на большие расстояния и загрязнять природную среду в региональном и глобальном масштабе, хотя уровни этого загрязнения будут относительно низкими. Последствия влияния небольших уровней загрязнения (малая плотность нагрузки на природную среду), но распространенного по большой площади еще слабо изучены, а при нормировании выбросов они практически не учитываются.

В настоящей работе авторы рассматривают некоторые последствия глобального загрязнения почвы, воды, воздуха и поступление загрязняющих веществ в живые организмы по трофической пирамиде.

При проведении подобного исследования возникают по крайней мере два наиболее важных вопроса. Первый, какие токсичные вещества необходимо выбрать как приоритетные с точки зрения возможности их дальнего переноса в атмосфере и последующего выпадения на поверхность почвы. Для соответствующего выбора важно знать, в каком фазовом состоянии находится загрязняющее вещество в атмосфере, каков его дисперсный состав, как быстро оно разрушается и т. д. Второй вопрос связан с оценкой тех процессов, в результате которых загрязняющие вещества могут воздействовать на био-ту и человека. Таким важным процессом можно считать накопление токсичных загрязняющих веществ в теле животных и растений и через них в человеке в результате движения этих веществ по трофическим уровням.

Анализ данных литературы показывает, что наиболее существенными представителями ан-

тропогенных загрязняющих веществ, которые обнаруживаются в настоящее время на всем земном шаре, являются хлорорганические пестициды— ХОП [ДДТ и его метаболиты, изомеры ГХЦГ, гексахлорбензол (ГХБ) и др.] и поли-хлорбифенилы (ПХБ). Именно эти вещества и были выбраны нами для анализа. При этом рассматривались экосистемы тех водоемов, которые удалены от непосредственных источников загрязнения (оз. Байкал, р. Сура), и наземные экосистемы. В последнем случае в центре внимания были заповедники. Методика определения ХОП и ПХБ в объектах внешней среды и в биоте была описана нами ранее [1, 4].

Результаты наших измерений представлены в табл. 1 и 2. Основные выводы, которые можно сделать на основании этих таблиц, следующие. Наиболее сильное накопление ХОП и ПХБ наблюдается в трофических цепях водных экосистем. Так, коэффициент накопления 2ДД'Г в цепочке вода — зоопланктон для оз. Байкала 1,4Х ХЮ3, в цепочке вода — жир тюленя — 1,0-106. Содержание ДДТ в мышцах тюленя более чем на порядок меньше, чем в жире.

Обращает на себя внимание малая величина коэффициента накопления ДДТ и 2ДДТ в звене цепочки зоопланктон — рыба (мышцы) (2,0 и 1,5). Аналогичные закономерности, за редким исключением, наблюдаются и по отнношению к накоплению ПХБ в биоте оз. Байкала. Если взять литературные оценки содержания ПХБ в поверхностных водах «чистых» районов земли (глобальное загрязнение 5 нг/л), то коэффициенты накопления ПХБ в цепочке вода — зоопланктон— рыба (мышцы)—тюлень (жир) будут соответственно равны 1:7,5-103:0,5-103 и 1,3-106.

Большие коэффициенты накопления ХОП и ПХБ в зоопланктоне связаны, вероятно, с особенностями самого зоопланктона озера. Зоопланктон состоит в основном из веслоногого рачка эпишуры (до 90%), который по типу питания относится к биофильтраторам и потре-

Содержание ХОП и ПХБ в водной биоте фоновых районов

Объект исследования Число проб Средняя концентрация

п. гГ ддт О, П' ДДТ + п.п' ДДД п. п' ДДЕ 2 ДДТ у-гхцг а-ГХЦГ 2ГХЦГ ПХБ

Байкал:

снеговая вода, нг/л 16 14 п< 6,5 31,5 6 7,5 13,5 —

вода, поверхностный

слой, нг/л 16 3,0 2,8 3,0 8,8

вода, слой 50—800 нг/л 8 2,3 6,0 5,0 13,3

зоопланктон, мкг/кг 3 6,0 3,5 5,3 14,8 2,0 3,0 5,0 35

зообентос, мкг/кг 3 7,6 2,0 3,1 13,0 1,8 4,8 6,6 38

рыба, мкг/кг:

омуль:

мышцы 4 6,5 4,0 11,0 21,5 1,3 2,0 3,3 25

внутренности 4 8,3 3,5 32,5 44,3 2,0 3,7 5,7 31,3

голова 3 17,0 7,0 30,0 54,0 2,5 5,0 7,5 68,0

нерпа 46

подкожный жир 3900 300 4700 9200 30 40 70 6600

мышцы 9 100 50 87 232 4 8 12 281

почки 8 49 79 56 184 3 8 11 164

печень 7 46 156 113 315 9 13 22 244

мозг 3 55 28 70 153 8 10 18 64

Р. Сура:

вода, поверхностный

слой, нг/л 17 4,0 9,0 3,0 16,0 20,0 30 50 —

* донные отложения, мкг/кг 13 1,4 2,8 3,7 7,9 3,0 3,5 6,5 26

рыба, мкг/кг:

язь:

мышцы 3 3 14 18 35 3,0 5,0 8,0 20

внутренности 2 1 83 135 219 5,0 21 26 38

гонады 3 3 26 20 49 63 14 20,3 20

мозг 3 9 280 100 389 21 35 56 390

лещ:

мышцы 3 9 10 25 33 5 7 12 26

мозг 2 8 250 314 558 34 89 123 400

Примечание. Здесь и далее концентрации ХОП и ПХБ в биологических пробах даны в микрограммах на 1 кг сы рой массы.

бляет до 30 % годовой первичной продукции оз. Байкала.

В р. Суре накопление ДДТ и ПХБ в цепи во-т£а — рыба (мышцы) подобно накоплению в оз. Байкале.

Наиболее интенсивно выражено накопление для мозга рыб в р. Суре — 0,1-10е для ЕДДТ и 0,9- 106 для ПХБ. Это обусловлено высоким содержанием жира в мозге.

Коэффициенты накопления изомеров ГХЦГ обычно существенно ниже, чем для ДДТ и ПХБ.

Аккумуляция стойких хлорорганических соединений является сложным процессом, по-разно-му осуществляющимся в отдельных группах организмов. В водной среде кумуляция этих веществ протекает в основном по двум механизмам: а) непосредственной адсорбции; б) по механизму распределения по пищевой цепи. Низшие представители водной биоты (фито -и зоопланктон) аккумулируют хлорорганические соединения главным образом за счет адсорбции из воды. Дышащие жабрами организмы накапливают ДДТ, ДДЕ, ПХБ и другие хлорорганические соединения как путем сорбции из воды, так

и по пищевым цепям. При этом поглощение из воды часто имеет большее значение, чем распределение по пищевой цепи.

Большинство водных организмов содержит значительные жировые отложения, и в них в основном накапливаются вещества с большими значениями коэффициента распределения окта-нол/вода, т. е. плохо растворимые в воде (ДДТ, ПХБ, ДДЕ и др.). Коэффициент распределения октанол/вода может служить хорошим указателем способности организма биологически аккумулировать загрязняющие вещества прямо из воды или донных отложений, поскольку н-октанол обладает такими же свойствами растворять органические вещества, как и липиды в клетках.

Различия в интенсивности аккумулирования хлорорганических соединений для разных водных организмов одного вида могут быть объяснены неодинаковым содержанием в них липидов в клетках.

В табл. 3 приведена небольшая выборка зна-

Таблица2

Содержание ХОП и ПХБ в природной среде и в биоте в заповедных районах СССР (трофические цепи на суше)

Объект исследования (1983— 1984 гг.)

Число проб

Средняя концентрация

п. п' ДДТ

ддд+о. !Г ДДТ

п. п' ДДЕ

2 ДДТ

у-ГХЦГ

а-ГЦХГ

2-ГХЦГ

ПХБ

Окский заповедник:

почва, 0—10 см, мкг/кг сено, трава, мкг/кг молоко коровье, мкг/л зубр, мышцы и органы, мкг/кг

Приокско-террасный заповедник:

сено, комбикорм, мкг/кг молоко коровье, мкг/л молоко козье, мкг/л Баргузинский заповедник: почва, 0—5 см, мкг/кг почва, 5—10 см, мкг/кг разнотравье, мкг/кг листья деревьев, мкг/кг разнотравье, мкг/кг соболь, внутренние органы и мышцы, мкг/кг Обнинск Калужской области: молоко коровье, мкг/л

4

5 10

10 10 1

10 10 13

6 28

1,4 6,9 1,0

5,0

3,7 0,8 0,9

2,9 2,6 4,7 3,2 4,1

1.5

0,1

0,3 4,4 1,7

6,0

5.7 0,4 1,5

4,0 4.4 6,0

5.8 3,0

0,3

Следы

чений коэффициента распределения в системе октанол — вода для разных соединений. Выборка взята из работы [2].

Из табл. 3 видно, что указанные коэффициенты распределения для ДДТ, ДДЕ и ПХБ действительно велики. Изменение коэффициента распределения октанол/вода в общем отражает относительные величины накопления этих веществ в тканях водных организмов. В частности, это отношение для а и у-ГХЦГ на три порядка величины меньше, чем для ДДТ и ПХБ. Соответственно этому и коэффициенты накопления ГХЦГ в жировых тканях биоты существенно ниже (на 1—2 порядка).

Таблица 3

Коэффициенты распределения в системе октанол — вода некоторых органических соединений [8|

Содержание ^ ков

ддт 6,19

ПХБ (Арохлор 1254) 6,18

ДДЕ 5,69

ДДД 5,69

ПХБ (Арохлор 1242) 5,58

Гептахлор 3,05

у-ГХЦГ (линдан) 3,04

Бензол 2,15

Хлороформ 1,98

Фенол 1,48

Дихлорэтан 1,48

0,3 2,2 0,9

4,0

1.9 0,9 1.0

1,3 1,6 1.5 1.3 1.5

0,6

0,5

2,0 13,5 3,6

15

11,3 2,1 3,4

8,2 8.6 12.2 10,3 8,6

2,4

0,6

9,2 0,3

5.4

4.0 0,1

Следы

1,7

1.1

Следы

5.3

3.4

0,3 0,2

1,8 7,4 1,8

50

6,4 0,6 0,9

1.7 1,1 11.4 20,7

4.0

1.1

1,6

3,6 16,6 2,1

55,4

10,4 0,7 0,9

3,4 2,2 11,4 26,0 7,4

1,9

2,9

87

18,8 2.6 Л

Примечание. К0п — отношение растворимостей органического вещества в октаноле и воде.

Для трофических уровней наземных экосистем (в заповедниках) нет такого ярко выраженного накопления ДДТ и ПХБ. Концентрация этих веществ, например, в молоке коров и коз имеет тот же порядок величины, что и их концентрация в почве и растительности (см. табл. 2).

Анализ данных, приведенных в табл. 1—3, показывает, что содержание метаболитов ДДТ в биологическом материале, как правило, выше, чем п,п'-ДДТ. Это связано как с процессом метаболизма, так и с особенностями поступления этих веществ в организм.

Важно также отметить, что в ряде случаев для ДДТ, его метаболитов и особенно для ПХБ^ в фоновых районах весьма трудно определить!! их концентрации в воде или в почве. Факт же накопления этих соединений в биоте дает уверенную возможность обнаружения присутствия ^ этих веществ в природной среде на глобальном уровне.

Наконец, необходимо оценить, насколько опасны наблюдаемые уровни загрязнения. Согласно нормам, принятым в СССР [6], ПДК 2ДДТ в молоке коровы равна 50 мкг/л, в мышцах рыб —200 мкг/кг. Все это существенно выше наблюдаемых нами уровней. Добавим к этому же, что изменение репродуктивных функций тюленей наблюдается при содержании ПХБ в жире 100 мг/кг и выше, т. е. при концентрациях, примерно на порядок и более превышающих приведенные в табл. 1—3. Однако необходимо уже сейчас думать и следить за экологическими резервами экосистем в этом отношении. ПДК ДДТ в мясе морских тюленей, употребляемых в пищу, составляет 200 мкг/кг. В мясе тюленей

Среднее содержание ХОП и ПХБ в масле и сыре (Подмосковье, 1985 г.)

Концентрация, мг/кг

Объект исследования Число проб п, п' ддт п, п' ДДД+о, п' ДДТ п, п' ДДЕ 2ДДТ ?-гхцг а-ГХЦГ Р-гхцг 2ГХЦГ ГХБ ПХБ

* Масло сливочное Масло топленое Сыр 6 2 6 2,0 0,1 0,6 1,0 0,5 0,1 22 2,0 2,6 25 2,6 3,3 7,2 5,5 0,7 40,3 9,5 6,0 17,5 н/о 4,0 65 15 10,7 3 5 3,6 16 55 14,6

Примечание. ПДК ДДТ в молочных продуктах составляет 1250 мкг на 1 кг жира, а ГХЦГ — 1000 мкг на 1 кг жира [6).

оз. Байкала содержание этого ХОП приближается к указанной величине.

Продолжая рассмотрение накопления ХОП и ПХБ по пищевым цепям, в табл. 4 приведены данные о содержании этих токсичных веществ в молочных продуктах: масле и сыре. Измеренные уровни загрязнений также существенно ниже су-- ществующих ПДК-

Щ. В табл. 5 приведена сводка литературных оце-"нок и результатов наших измерений концентраций ДДТ, ГХЦГ и ПХБ в различных природных объектах и в биоте. При этом выборка соответствует районам, удаленным от источников поступления. Из табл. 5 видно, что все данные, по-

Таблица 5

Содержание ПХБ, 2ДДТ и 2ГХЦГ в объектах природной среды и в человеке [2, 3, 7, 9]

Объект исследования Концентрация

ПХБ 2ДДТ 2ГХЦХ

Атмосферный воздух,

нг/м3:

в городах 5,0 — 1 —5

в сельской местности 0,5 0,5 — 2,0 —

над океаном 0, 05 0, 02 —0, 2 0, 1 —2,0

Антарктида 0, 05 0,01—0,1 0, 05 —0, 1

Атмосферные осадки.

нг/л:

над сушен 10 — 100 10 — 200 10 — 100

над океаном 1 . 0—13 1,0 — 19

Антарктида 0,2 — 9 4 — 10

Гидросфера, нг/л:

поверхностные воды

суши 1 — 10 1 0 — 50 20 — 50

моря, океаны 0,2 — 9 0, 13 — 0, 01 0,3 — 7,3

океан у 1

Антарктиды . донные От- 1 мкг/кг 0,05 — 0,2 0,3 — 0,8

ложення рек ) 0,2 — 100 0,5 — 200

Почва, мкг/кг:

заповедники вдали

от сельскохозяйст-

венных районов 6-8 2 — 10

заповедники 2 — 20 5 — 20 5 — 20

Наземная бнота, мкг/кг:

растения 2—40 1 —50 3-20

дикие животные 20 — 400 10 — 100 5—100

Водная бнота, мкг/кг:

зоопланктон 10—150 0,5 — 60 2-30

рыба пресных водое-

мов 1 0 — 300 10 — 200 10 — 50

рыба морей и океа-

нов 10—100 1 - 1 00 1-20

морские млекопитаю-

щие (подкожный

жир), мкг/кг 100—10 000 80 — 5000 20 — 200

Человек, мкг/кг:

тело (жнр) 350 750 —

лученные нами по Советскому Союзу, удовлетворительно вписываются в общемировые опенки и действительно соответствуют дальнему (глобальному) распространению ХОП и ПХБ в природной среде.

Очень важно выяснить интенсивность поступления ХОП и ПХБ непосредственно в огранизм человека. Существует мнение, что эти токсичные вещества поступают в организм человека главным образом с пищей и частично с водой. Однако определить долю или относительное количество поступающих ХОП и ПХБ трудно. Трудности усугубляются еще и тем фактором, что человек обычно потребляет продукты самого различного географического происхождения. По-видимому, наиболее опасно накопление рассматриваемых веществ в гидробиотах, являющихся для человека продуктами питания.

Из вышесказанного можно сделать ряд выводов и предложений.

Первый вывод: очевидна необходимость дальнейшего развития и усовершенствования систематических наблюдений (мониторинга) загрязнения природной среды и биоты хлорорганиче-скими соединениями. Подобными работами, в основном в плане контроля за ДДТ и ГХЦГ, в СССР занимается лаборатория атмосферного мониторинга и мониторинга климата АН СССР и Госкомгидромета. Необходима организация наблюдений за загрязнением ПХБ, ГХБ. Особенно важен мониторинг загрязнения водных экосистем. При осуществлении мониторинга необходимы поиск и выделение других стойких токсичных веществ, способных загрязнять природную среду на больших расстояниях от источника и накапливаться в биоте. Для водных экосистем поиск и определение наиболее опасных с точки зрения накопления в биоте токсичных веществ можно делать с помощью отношения ок-танол/вода и не только на глобальном, но и локальном уровне (для сточных вод, сбрасываемых в реки и водоемы). Если известны вещества, поступающие в водоем, то следует выбрать из их числа наиболее приоритетные с точки зрения накопления в биоте. Наконец, накопление в биоте токсичных веществ может быть использовано

для оценки присутствия тех из них, которые имеют содержание в почве и в воде ниже предела чувствительности метода, применяемого для контроля загрязнения. Правда в этом случае нужно иметь в виду, что коэффициенты биологического накопления могут изменяться от региона к региону и даже во времени, что не позволяет полностью заменить количественное определение концентрации вещества по его содержанию в отдельных звеньях биоты.

Второй вывод касается нормирования выброса или сознательного внесения в окужающую среду загрязняющих веществ. Необходимость учета в этом случае возможного глобального загрязнения очевидна, хотя до сих пор фактически это не делается. В частности, наличие содержания 2ДДТ и ПХБ в грудном молоке женщин ставит вопрос о возможностях применения ДДТ в развивающихся странах и дальнейших выбросов в природную среду ПХБ. По крайней мере это требует тщательного и быстрого анализа для принятия решений. Конечно, биосфера имеет определенный экологический запас прочности и в настоящее время в большинстве случаев на глобальном уровне мы не превысили этого запаса, но определять и изучать его, сопоставлять с выбросами и планировать использование — задача уже сегодняшнего дня.

Третий вывод связан с необходимостью разработки методов нормирования загрязнений на глобальном уровне. Разработка глобальных норм загрязнения требует другого подхода, по-видимому, аналогичного тому, который применяется для оценки массового радиоактивного об-

Интенсивное развитие садоводства и виноградарства, увеличение производства зерновых, технических и других культур требуют расширения производства и применения органических и минеральных удобрений, химических средств защиты растений. Важнейшим условием дальнейшего повышения эффективности химической борьбы с вредителями, болезнями растений и сорняками, а также безопасного для окружающей среды использования их являются высокий уровень механизации и внедрение новых прогрессивных технологических приемов химической защиты растений. От этих факторов во многом зависит степень опасности для окружающей среды используемых пестицидов [2, 7].

В последние годы отмечен определенный про-

лучения населения [5], т. е. в этом случае необходимо принимать во внимание не только уровни воздействия загрязнений на биоту, но и пространственные масштабы такого воздействия.

Литература

1. Бабкина Э. И., Бобовникова Ц. И. // Гидробио^ журн. — 1978. — Т. 14, №3. —С. 103—106.

2. Бобовникова Ц. И., Вирченко Е. П., Малахов С. Г. // Комплексный глобальный мониторинг загрязнения окружающей природной среды. — Л., 1982. — С. 230—238.

3. Бобовникова Ц. И., Сиверина А. А. //Труды Ин-та эксперимент, метеорологии. — 1985. — Вып. 13(118). — С. 23—25.

4. Временные методические рекомендации по контролю загрязнения почв / Под ред. С. Г. Малахова. — М., 1983.

5. Нормы радиационной безопасности: НРБ-76 и основные санитарные правила ОСП-72/80. — М., 1981.

6. Максимально-допустимые уровни содержания пестицидов в пищевых продуктах и методы их определения: Перечень. — М., 1984.'

7. Ровинский Ф. Я., Афанасьев M. Н., Вулых Н. К. и др. // Мониторинг фонового загрязнения природной среды.—Л., 1982, —С. 44—50.

8. Gosset R. W., Brown D. A., Young D. R.// Mar. Pollut. Bull. — 1983, —Vol. 14, N 10.— P. 387—392.

9. Polychlorinated Biphenyls and Terphenyls. — Geneva, 1976. i

Поступила 17.02.86-

Summary. Some aftereffects of global atmospheric transfer of stable chlororganic pesticides (COP) and polychlor-biphenyl (PCB) on water and ground biota of background regions have been evaluated. The data reveals the most significant accumulation of COP and PCB in trophic chains of water ecosystems which can be the main route of admission of theze toxic substances into human body. Thus the problem of taking into account the effect of low levels of COP and PCB contamination under standardization of such release into natural environment is set forth.

гресс в химической защите растений. Среди различных технологических приемов применения пестицидов разработаны и широко внедряются новые прогрессивные методы малообъемного и ультрамалообъемного опрыскивания растений. Созданы новые типы машин и агрегатов для внесения пестицидов, обеспечивающих высокую эффективность проводимых мероприятий по борьбе с вредителями, болезнями и сорняками. В отличие от предшествующего класса машин новые варианты их характеризуются повышенными технико-экономическими показателями. На этих машинах широко унифицированы узлы и детали, установлены новые распыливающие устройства, на более современном уровне решены вопросы автоматизации, снижен процент ручно-

УДК 613.632:615.285.7.0651-07

Д. И. Полищук

ВОПРОСЫ ГИГИЕНЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПЕСТИЦИДОВ В СВЯЗИ С ВНЕДРЕНИЕМ НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ

ВНИИ гигиены и токсикологии пестицидов, полимеров и пластических масс, Киев