CC BY
38
САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКИЕ РИСКИ ОТ ПЕРВИЧНОГО И ВТОРИЧНОГО ВЕТРОВОГО СНОСА ПЕСТИЦИДНЫХ ВЕЩЕСТВ ПРИ РАЗНЫХ МЕТОДАХ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ
Юрий Николаевич Самсонов
Институт химической кинетики и горения СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, ул. Институтская, 3, кхн, старший научный сотрудник лаборатории дисперсных систем, тел. (383)333-07-87, e-mail: [email protected]
Валерий Иванович Макаров
Институт химической кинетики и горения СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, ул. Институтская, 3, кхн, заведующий лабораторией дисперсных систем, тел. (383)333-07-87, e-mail: [email protected]
Загрязнение окружающей среды пестицидами является неизбежным фактором при химической защите агрокультур. В статье представлены количественные и качественные оценки первичного и вторичного ветрового сноса пестицидных веществ за пределы обрабатываемых полей при разных методах их применения. Оценки основаны на собственных экспериментальных данных и на полуэмпирических количественных соотношениях, с использованием компьютерного моделирования распространения пестицидных аэрозолей и мелких капель в приземной атмосфере. Рассчитаны первичные дозы аэрозольного пестицидного вещества и вторичные дозы пестицидных паров, могущих попадать в органы дыхания людей, находящихся за пределами обрабатываемых полей.
Ключевые слова: пестицидное загрязнение, окружающая среда, ветровой снос пестицидных веществ.
SANITARY-AND-HYGIENIC RISKS OF PRIMARY AND SECONDARY WIND DRIFTS OF PESTICIDE CHEMICALS AFTER DIFFERENT METHODS OF PESTICIDE APPLICATION
Yuri N. Samsonov
Institute of Chemical Kinetics and Combustion, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, 630090, Russia, Novosibirsk, Institutskaja st., bldg. 3, Ph.D, senior researcher of Laboratory of Dispersal Systems, tel. (383)333-07-87, e-mail: [email protected]
Valeri I. Makarov
Institute of Chemical Kinetics and Combustion, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, 630090, Russia, Novosibirsk, Institutskaja st., bldg. 3, Ph.D, Head of Laboratory of Dispersal Systems, tel. (383)333-07-87, e-mail: [email protected]
Environmental contamination by pesticides is an inevitable aftermath of plant protection. The qualitative and quantitative estimations are presented on the primary and secondary wind drifts of pesticide chemicals outside the agricultural lands under treatments after different methods of pesticide application. The experimental data and the semi-empirical relationships are used in the computer models to simulate a wind propagation of pesticide aerosols and tiny droplets in the nearland air. Both the primary dose of particulate pesticide matter and the secondary dose of pesticide vapours are estimated, which can penetrate the human breathing organs outside the agricultural fields under treatments.
Key words: pesticide contamination, environment, wind drift of pesticide pollutants.
Введение
Загрязнение окружающей среды пестицидами является неизбежным фактором применения химических пестицидов для защиты растений. Полное количество пестицидных химикатов, используемых в мировом сельском хозяйстве, оценивается в 1-2 млн. тонн ежегодно. Пестициды используются для борьбы с вредными насекомыми сельскохозяйственных и лесных растений, против комаров и насекомых-переносчиков болезней (малярия, клещевой энцефалит), против болезней агрокультур, против сорняков на полях. Технологии применения пестицидных препаратов заключаются в том, что некое техническое устройство (генератор аэрозольных частиц, наземный опрыскиватель) движется вдоль или непосредственно по обрабатываемому полю, диспергируя пестицидный препарат на частицы (капли) тех или иных дисперсных размеров. Часть образовавшихся частиц (обычно самых малых по размерам, 1-10 мкм) переносится приземным ветром на значительные расстояния (несколько километров), и они рассеиваются в атмосфере. Однако большая часть частиц (капель) осаждается на листьях растений на обрабатываемом поле, растекается по их поверхности, формируя остаточные «пятна» («пленки») пестицидного вещества.
Пестицидное вещество, сносимое ветром за пределы обрабатываемого поля непосредственно в момент обработки, называется первичным ветровым сносом. Вторичный ветровой снос связан с образованием вышеупомянутого осадка пестицидного вещества на поверхности растений в пределах поля. Это вещество затем постепенно испаряется, формируя над полем слой воздуха, смешанного с пестицидными парами. Под действием приземного ветра загрязненный воздух будет сноситься на пределы поля. Как первичные, так и вторичные сносы пестицидных веществ могут приводить к экологическим и санитарно-гигиеническим (медицинским) рискам, так они могут попадать в органы дыхания людей и животных, находящихся за пределами обрабатываемых полей. Количества (концентрации) сносимых пестицидных веществ зависят от методов пестицидного применения (метод наземного опрыскивания или аэрозольная технология), от удельного расхода пестицидного вещества (в расчете на 1 га обработанного поля), от метеофизического состояния приземной атмосферы (дневные и ночные температуры) в момент обработки и в последующие дни, от физикохимических свойств пестицидного вещества (например, летучесть при разных температурах). В данной статье представлены количественные и качественные оценки первичных и вторичных выносов пестицидных веществ при двух типичных методах их применения, оценены потенциальные санитарногигиенические опасности этих выносов для людей.
Технические методы применения пестицидов
Способы использования пестицидных препаратов рассмотрим на примере инсектицидов контактного типа, предназначенных для борьбы с вредными насекомыми, живущими и ползающими на листьях защищаемых агрокультур. Первый способ основан на том, что жидкий инсектицидный препарат
диспергируется на капли с помощью опрыскивателя, который челночным образом движется по обрабатываемому полю, сдвигаясь при каждом проходе на 15-25 м. Размеры капель весьма большие, 50-300 мкм по диаметру, которые растекаются по поверхности листьев и формируют пленки («пятна») инсектицидного вещества. Эти «пленки» затем оказывают требуемый биологический эффект (гибель) на вредные насекомые при их ползании по листьям. На челночном способе работы основаны как наземные опрыскиватели (пневматическое дробление пестицидной жидкости струей сжатого воздуха, опрыскиватели штангового типа), так и самолетные опрыскиватели, используемые преимущественно для обработок лесных массивов. Другой способ, называемый Оптимальной Аэрозольной Технологией применения инсектицидов, основан на удивительном аэродинамическом явлении преимущественного осаждения аэрозольных частиц особых (оптимальных) размеров именно на телах (усиках, щетинках, лапках) насекомых, но не на листьях растений. Для этого специальный аэрозольный агрегат ГРД (генератор с регулируемой дисперсностью частиц) при быстром движении по наветренному краю поля (т.е. примерно перпендикулярно направлению ветра) диспергирует необходимое количество инсектицидной жидкости, формируя длинную аэрозольную волну (облако) вдоль края поля. Эта волна перемещается с ветром к дальнему подветренному краю, при этом инсектицидные частицы эффективно осаждаются именно на целевых (вредных) насекомых, приводя их к гибели. Ширина эффективного воздействия аэрозольного облака, состоящего из частиц с оптимальной дисперсностью, достигает 1-2 км от линии прохода ГРД. Это позволяет проводить инсектицидные обработки при движении ГРД непосредственно по дороге вдоль поля, т.е. без заезда на поле.
Первичные сносы при оптимальном аэрозольном способе и опрыскивании
В данном разделе оценена удельная ингаляционная доза пестицидного вещества D(x, z0, d, Q, u( z)), которая может попасть в органы дыхания человека, находящегося в момент аэрозольной обработки на расстоянии x от линии прохода аэрозольного агрегата ГРД и дышащего загрязненным пестицидными аэрозолями воздухом во время прохождения аэрозольной волны через точку x:
о Т о
D(x, z0, d, Q, u(z)) = 10 • ( J C(x, z0, d, Q, u(z), t) • dt) • (L /M) = 10 • (L /M) • J(x, zQ, d, Q, u(z))
Доза D(x, z0, d, Q, u(z)), нормированная на массу тела человека (мг кг-1), зависит от расстояния x (м) от линии прохода ГРД, от высоты органа дыхания человека z0 (1.6 м в данных расчетах), от размеров аэрозольных частиц d (мкм), от мощности диспергирования пестицидного вещества при движении ГРД, выраженной через т.н. линейный расход пестицида Q (10 г м-1 в расчетах), от профиля скорости u(z) приземного ветра по высоте (м сек-1), зависящего, в свою очередь, от характера обрабатываемой растительности. Величины L и M -
3 1
объемная скорость дыхания человека (м сек-) и его вес (кг), соответственно.
Хотя по отдельности величины Ь и М могут сильно варьироваться для людей разных кондиций и возрастов, их отношение Ь/М изменяется незначительно (Ь/М = 5.5-10"6 м3 сек-1 кг-1 использовано в расчетах). Численный коэффициент 103 введен для согласования размерностей вышеуказанных параметров.
т
Величина Ь (х, , Ж, Q, и( г)) = | С (х, ^, Ж, Q, и( г), г) • Жг называется импульсом
0
концентраций или интегральной концентрацией, т.е. проводится интегрирование переменной по времени концентрации аэрозольного облака С(х, г , Ж, Q, и(г), г) по периоду Т его прохода через точку (х,г0). Эта величина
может быть рассчитана численными методами с помощью уравнений турбулентной диффузии (ветрового переноса) аэрозольных примесей в приземном атмосферном слое. На рисунках 1 и 2 показаны переменные по времени профили концентрации, а также интегральные концентрации Ь (значения в скобках) на разных расстояниях от линии хода ГРД (0.5, 1, 2 и 4 км) для аэрозольных частиц с диаметрами 6 и 20 мкм (пунктирная кривая на рис. 1 - экспериментальные данные, измеренные на дистанции 500 м).
Время движения аэрозольного облака, сек Время продвижения аэрозольного облака, сек
рис. 1 Переменная во времени концентрация пестицидного рис. 2. Переменная по времени концентрация пестицидного
вещества на разных расстояниях ог линии х°да Грд вещества на разных расстояниях от линии хода ГРД
В таблице показаны дозы вдыхаемого пестицида на разных расстояниях от линии хода ГРД, как в пределах типичного поля (1000 м и менее), так и за его пределами (свыше 1000 м). Там же приведены справочные данные по допустимым (ежесуточным) дозам для нескольких видов пестицидов. Как можно видеть, в большинстве случаев ингаляционные дозы при использовании аэрозольного метода не превышают допустимых значений, по крайней мере, за пределами обрабатываемого поля шириной 1 км. Что касается ингаляционных доз при использовании традиционных методов опрыскивания, то их расчеты показывают, что они также существенно ниже допустимых величин. Можно
сделать вывод, что первичные ветровые сносы пестицидного вещества при современных технологиях применения пестицидов и для современных видов пестицидных препаратов не превышают допустимых уровней безопасности.
Размеры аэрозолей мкм Расстояние от линии прохода ГРД, м
50 100 200 500 1000 2000 4000
Удельная ингаляционная доза пестицида, мг кг-1
6 20 0.7 1.3 2.1 2.0 1.4 0.85 0.45 0.75 1.7 2.0 1.1 0.7 0.33 -
Допустимые суточные дозы (мг кг-1): methyl parathion 1; fenitrothion 3; cypermethrin 3; permethrin 35; fenvalerate 20; propiconazole 40; phosalon 6; malathion 20
Вторичные ветровые сносы
Вторичный вынос пестицида за пределы поля связан с испарением пестицидного вещества и последующим выносом паров за пределы поля. Скорости испарения и, соответственно, пестицидные концентрации зависят от летучести пестицида, от ночных и дневных температур воздуха, и от метеофизического состояния (день-ночь) приземного слоя атмосферы. На рисунке 3 показаны концентрации паров инсектицида метафос (methyl parathion) на разных расстояниях от подветренной границы обработанного пшеничного поля шириной 2 км. Видим, что концентрации паров после метода опрыскивания намного превышают допустимые ПДК, после аэрозольных обработок вторичный снос изначально не превышает ПДК. Это объясняется тем, что при оптимальных аэрозольных обработках расход инсектицида в расчете на 1 га поля снижается в 2-5 раз по сравнению с обычными методами опрыскивания, а количества осажденного на растениях пестицида снижается в 10-20 раз. Это выражается в экономической эффективности (экономия дорогостоящих пестицидных препаратов) и в благоприятных экологических последствиях из-за снижения пестицидной нагрузки на окружающую среду.
Местное время
Рис. 3. Концентрации паров метилпаратиона ^0 = 1.6 м) на разных дистанциях от подветренного края поля после ночного (кривые 1- 3) и дневного (1а-3а) опрыскивания, ночной аэрозольной обработки (4). Дистанции: 1 и 1а -непосредственно на подветренной границе поля; 2 и 2а - 1 км от границы; 3 и 3 а - 2 км от границы. Пунктирная линия - предельно допустимая среднесуточная концентрация (1 мкг м- для метафоса)
© Ю.Н. Самсонов, В.И. Макаров, 2013
