Сравнительная гигиеническая оценка устойчивости в почве и риска загрязнения грунтовых вод инсектицидами различных химических классов и прогноз опасности для человека при употреблении контаминированной воды

  • Авторы: А.Н. Антоненко, Е.П. Вавриневич, С.Т. Омельчук, М.М. Коршун
Скачать вложения:

Национальный медицинский университет имени А.А. Богомольца, г. Киев, Украина

Резюме. В статье приведены результаты сравнительной гигиенической оценки стойкости в почве в почвенно-климатических условиях Украины и стран Европы инсектицидов следующих химических классов: фосфорорганических соединений, синтетических пиретроидов, неоникотиноидов, пиразолов, бензомочевин. Дана оценка риска загрязнения грунтовых вод инсектицидами разных химических классов и проведено прогнозирование опасности для человека при употреблении контаминированной воды.
Ключевые слова: грунтовые воды, инсектициды, риск, максимальная концентрация, допустимое поступление.

Вступ. До небезпечних речовин антропогенного походження, що потрапляють у довкілля, крім промислових відходів, належать також хімічні засоби боротьби зі шкідливими організмами — пестициди. Обсяг цих біологічно активних і переважно високотоксичних для людини і тварин речовин, що використовуються щорічно у світовій практиці, нині перевищує 2 млн. т. За даними ЮНЕСКО, пестициди в загальному обсязі забруднення біосфери землі на 8–9-у місці після таких речовин як нафтопродукти, ПАР (поверхнево-активні речовини), фосфати, мінеральні добрива, важкі метали, окиси азоту, сірки, вуглецю та інші сполуки [1, 2].

Пестициди застосовують головним чином на сільськогосподарських угіддях (а 32,8 % населення України — це сільські жителі), однак внаслідок циркуляції в об’єктах довкілля вони можуть інтенсивно поширюватися в природних ландшафтах, потрапляючи в ґрунт, воду, харчові продукти, і завдавати шкоди тваринному світу і здоров’ю людини [1, 3, 4].

У структурі асортименту пестицидів по кількості препаратів, дозволених до використання в Україні, інсектициди посідають одне з останніх місць [5]. Однак за своєю токсичністю та небезпечністю при потраплянні до організму людини вони на першому місці [6].

Мета роботи. Зробити порівняльну гігієнічну оцінку стійкості у ґрунті найпоширеніших інсектицидів, що використовуються у сільському господарстві України та прогноз ризику несприятливого впливу на населення води, забрудненої ними.

Матеріали та методи. Нами були вивчені представники наступних хімічних класів інсектицидів, які широко використовуються у сільському господарстві, зокрема: фосфорорганічні сполуки (хлорпірифос, диметоат); синтетичні піретроїди (біфентрин, альфа-циперметрин, циперметрин, лямбда-цигалотрин), неонікотиноїди (тіаметоксам, імідаклоприд), піразоли (тебуфенпірад, хлорантраніліпрол), бензосечовини (новалурон). Фізико-хімічні властивості досліджуваних інсектицидів наведено в табл. 1 [7].

Таблиця 1. Фізико-хімічні властивості досліджуваних речовин [7]

Протягом останніх 10 років в Інституті гігієни та екології Національного медичного університету імені О.О. Богомольця були вивчені параметри стійкості вищезазначених інсектицидів у ґрунтово-кліматичних умовах Полісся (Київська, Житомирська області), Лісостепу (Вінницька, Київська, Полтавська, Черкаська області) та Степу (Одеська, Херсонська області, АР Крим).

Умови застосування досліджуваних груп інсектицидів та характеристику ґрунтів названих регіонів наведено в табл. 2.

Таблиця 2. Умови застосування досліджуваних груп інсектицидів


Для оцінки поведінки досліджуваних пестицидів в об’єктах агроценозу України розраховували період напівруйнування (τ50) речовини в ґрунті. Для цього використовували метод математичного моделювання, який передбачає розрахункове відтворення процесів руйнації пестицидів за фактичними даними, що дозволило прогнозувати їхню персистентність.

При класифікації речовин за стабільністю та міграційною здатністю у ґрунті використано українську класифікацію пестицидів за ступенем небезпечності ДСанПін 8.8.1.002-98 [8], згідно з якою оцінювали результати власних досліджень. Дана класифікація передбачає поділ речовин за стабільністю у ґрунті на 4 класи: 1 — високостійкі (при τ50 більше 120 діб), 2 — стійкі (31–60 діб), 3 — помірно стійкі (11–30 діб), 4 — малостійкі (менше 11 діб).

Прогнозування можливості міграції досліджуваних інсектицидів у підземні води в ґрунтово-кліматичних умовах України здійснювали за рядом показників.

Індекс потенційного вимивання (GUS — Groundwater Ubiquity Score) [9] розраховували за формулою:

GUS = logD τt50 х [4 - log Koc]

де τt50 — стійкість (період напівруйнування) у ґрунті, доба;

Кос — коефіцієнт сорбції органічним вуглецем.

Якщо величина GUS>;2,8 — пестицид ймовірно вимивається у ґрунтові води; якщо <1,8 — пестицид ймовірно не вимивається в ґрунтові води; 1,8–2,8 — можливість вимивання пестициду в ґрунтові води незначна.

Для визначення потенційного ризику для довкілля та здоров’я людини при вживанні води, що містить залишкові кількості препаратів, використано скринінг-модель їхньої максимальної концентрації в ґрунтових водах SCI-GROW, яка розроблена фахівцями Агентства по захисту навколишнього середовища (ЕРА) США [10]. Даний показник враховує швидкість деградації речовини у ґрунті, коефіцієнт сорбції органічним вуглецем, норму витрати та кратність використання пестициду. В результаті розрахунку отримували максимально можливу концентрацію речовини у ґрунтових водах в мг/л при нормі витрати 1 кг/га або 1 л/га.

Для оцінки одержаних показників SCI-GROW використали розроблений нами метод комплексної оцінки можливого негативного впливу на організм людини пестицидів при їхньому вимиванні у воду, що базується на встановленні максимально можливого добового надходження пестициду з водою (ММДНВ) та подальшому порівнянні з допустимим добовим надходженням пестициду з водою (ДДНВ), та складається з двох етапів [11].

На першому, використовуючи комп’ютерну програму, представлену на офіційному сайті ЕРА, було розраховано показник SCI-GROW. Максимально можливе добове надходження пестициду з водою (ММДНВ) встановлювали за рівнянням:

ММДНВ = SCI-GROW х V (мкг/добу),

де SCI-GROW — скринінг концентрації пестицидів у ґрунтових водах, мкг/л; V — добова норма споживання води людиною, л (3 л — у помірному кліматі, 5–10 л — у жаркому кліматі).

На наступному етапі встановлювали допустиме добове надходження пестициду (ДДН) за рівнянням:

ДДН = ДДД х М х 1000 (мкг/добу),

де ДДД — допустима добова доза пестициду, мг/кг; М — середня вага людини (60 кг); 1000 — коефіцієнт для перерахунку в мікрограми.

Допустиме добове надходження пестициду з водою (ДДНВ) розраховували за рівнянням:

ДДНВ = ДДН х 0,2.

Після чого величини ММДНВ та ДДНВ співставляли.

Ризик вважали допустимим, якщо отримана величина(Р)< 1.

Результати та обговорення. У результаті математичного моделювання даних натурних досліджень, проведених в ґрунтово-кліматичних умовах України, був розрахований період напівруйнування досліджуваних сполук у ґрунті (τ50) (табл. 3). Статистична обробка отриманих результатів показала, що τ50 у ґрунті речовин одного хімічного класу практично не відрізнялись. Отже, одержані результати доводять: особливості хімічної структури та фізико-хімічні властивості досліджуваних речових із одного хімічного класу не впливають на швидкість їхнього метаболізму у ґрунті. Також ці дані свідчать, що найбільш стійким в об’єктах агроценозу в ґрунтово-кліматичних умовах України є новалурон, в умовах інших країн — біфентрин (табл. 3).

Таблиця 3. Норми витрати, параметри стійкості та міграції в ґрунтові води досліджуваних пестицидів

Результати натурних досліджень, проведених у різних ґрунтово-кліматичних зонах України, показали, що між мінімальними та максимальними значеннями τ50 немає значної різниці (табл. 3). У ґрунтово-кліматичних умовах інших країн Європи — навпаки: мінімальна та максимальна стійкість досліджуваних інсектицидів у ґрунті в деяких випадках відрізняється більше, ніж у 50 разів. Крім того, мінімальні значення стійкості, розраховані нами, та отримані іншими дослідниками [7], практично співпадають, максимальні ж значення відрізняються в десятки разів. Таку відмінність можна пояснити особливостями натурних досліджень: в Україні вони проведені на чорноземах та дерново-підзолистих ґрунтах (табл. 2), за даними літератури в інших країнах — ґрунти від піщаних кислих до гірських [7].

Встановлено, що на 7–10 день після обробки концентрації досліджуваних речовин у ґрунті були дуже низькими, що зумовлено дуже малими нормами витрат. На момент збору врожаю залишкові кількості даних інсектицидів у ґрунті оброблених ділянок не були виявлені (рис. 1).

Рис. 1. Динаміка залишкових кількостей інсектицидів наступних класів: фосфорорганічних сполук (А), піретроїдів (Б), неонікотіноїдів (В), піразолів, бензосечовин (Г) у ґрунті

Найточніше складний процес зникнення досліджуваних інсектицидів з ґрунту можна проілюстровати експоненціальною функцією [12]:

Ct = C0 х e-kt,

де Ct — концентрація речовини в момент часу t, мг/кг; С0 — вихідна концентрація речовини, мг/кг; k — константа швидкості руйнації, доба-1; t — час після останньої обробки, доба.

Найстійкішим у об’єктах агроценозу виявився інсектицид класу бензоїлсечовин — новалурон. Максимальне значення τ50 для нього — 35,4 доби. Згідно з ДСанПін 8.8.1.002-98 [8] інсектицид класу бензоїлсечовин — новалурон за стійкістю в ґрунтово-кліматичних умовах України може бути віднесений до стійких (2 клас небезпечності, небезпечні сполуки); органофосфат диметоат — до малостійких (4 клас, малонебезпечні); решта досліджуваних сполук — до помірно стійких (3 клас, небезпечні сполуки).

Враховуючи, що при застосуванні інсектицидів для передпосівної обробки насіння або внесення їх у вигляді гранул у ґрунт біля кореня рослини на різну глибину існує велика імовірність забруднення ґрунтових вод, нами було проведено оцінку ризику такої ймовірності з використання показника GUS в ґрунтово-кліматичних умовах України та інших країн Європи (табл. 3).

Встановлено, що при використанні в ґрунтово-кліматичних умовах України пестицидних препаратів на основі хлорпірифосу, диметоату, біфентрину, циперметрину, альфа-циперметрину, лямбда-цигалотрину, тебуфенпіраду та новалурону, останні ймовірно не вимиваються в ґрунтові води; тіаметоксаму, імідаклоприду, хлорантраніліпролу — ризик вимивання низький. Ризик вимивання із ґрунту в інших європейських країнах при використанні препаратів на основі хлорпірифосу, диметоату, біфентрину, циперметрину, альфа-циперметрину, лямбда-цигалотрину, тебуфенпіраду та новалурону — низький (ймовірно не вимиваються), тіаметоксаму, імідаклоприду, хлорантраніліпролу — дуже високий [7]. Різницю ризику потенційного вимивання тіаметоксаму, імідаклоприду, хлорантраніліпролу із ґрунтів України та інших європейських країн можна пояснити значною різницею їхньої стійкості у ґрунті.

Варто відзначити, що загалом ризик забруднення ґрунтових вод для інсектицидів, значно нижчий, ніж для фунгіцидів та гербіцидів, як в ґрунтово-кліматичних умовах України, так і решти європейських країн [11, 13].

Для оцінки ймовірного негативного впливу на організм людини пестицидів при їх вимиванні у воду нами розрахований показник SCI-GROW. Було встановлено, що в ґрунтово-кліматичних умовах України максимально можливі концентрації досліджуваних інсектицидів практично дорівнюють 0, а в інших країнах — значно вищі, але не перевищують 1 мкг/л (табл. 3). Така різниця показників пояснюється, в першу чергу, значними відмінностями у максимальних нормах витрат, кратності обробок та в деяких випадках — різною стійкістю речовин у ґрунті.

Нами було розраховано допустиме добове надходження досліджуваних речовин до організму людини (табл. 3). Отримані величини коливались від 30 до 3600 мкг/добу, з урахуванням величини допустимої добової дози (ДДД), затвердженої в Україні, та від 60 до 93600 мкг/добу, з урахуванням величини ADI, затвердженої в ЄС [7].

Виходячи з принципів комплексного гігієнічного нормування, прийнятих в Україні, з водою до організму людини може надійти 20 % від ДДН пестициду. Таким чином, розраховане ДДНВ (табл. 2) становило від 6 до 720 мкг/добу. Результати розрахунків та порівняння величин показали, що значення ММДНВ значно нижче ДДНВ як для ґрунтово-кліматичних умов України, так й інших країн Європи.

Одержані результати показують, що максимально можливі концентрації досліджуваних інсектицидів у ґрунтових водах незначні (вони практично відсутні) та набагато нижчі допустимих, що пов’язане, в першу чергу, з низькими нормами витрат та свідчать про відносну безпечність для людини при вживанні води, в яку могли потрапити досліджувані сполуки при їхньому використанні в сільському господарстві проти шкідників сільськогосподарських культур.

Висновки

1. Встановлено, що в ґрунтово-кліматичних умовах України та інших європейських країн більшість досліджуваних речовин, крім тіаметоксаму, імідаклоприду та хлорантраніліпролу, ймовірно, не вимиваються в ґрунтові води.

2. Доведено, що максимально можливі концентрації досліджуваних інсектицидів у ґрунтових водах достовірно нижчі допустимих, що пов’язане, в першу чергу, з низькими нормами витрат та свідчить про відносну безпечність для здоров’я людини при вживанні води, в яку могли потрапити досліджувані сполуки.

 

ЛІТЕРАТУРА

1. Писаренко В.Н. Пестициды как фактор загрязнения окружающей среды: загрязнение пестицидами биосферы и их негативное влияние на природу и человека / В.Н. Писаренко, П.В. Писаренко, В.В. Писаренко // Агроэкология. — Режим доступа: http://www.agromage.com/book.php?id=12. — Назва з екрану.

2. Онищенко Г.Г. Гигиенические аспекты обеспечения экологической безопасности при обращении с пестицидами и агрохимикатами / Г.Г. Онищенко // Гигиена и санитария. — 2003. — № 3. — С. 3–6.

3. Пирогова В.Г. Динаміка захворювань щитоподібної залози, викликаних йододефіцитом, у населення Закарпатської області / В.Г. Пирогова, В.І. Кравченко // Науковий вісник Ужгородського університету, серія «Медицина». — № 3 (42). — 2011. — С. 132–139.

4. Стан здоров’я населення в зонах інтенсивного сільськогосподарського виробництва / Л.Г. Засипка [та ін.] // Медичні перспективи. — 2011. — Том XVI. — № 1. — С. 91–96.

5. Перелік пестицидів і агрохімікатів, дозволених до використання в Україні. — Офіційне видання. — Київ: Юнівест Медіа, 2016. — 1023 с.

6. Коршун М.М. Токсикологічна оцінка інсекто-акарициду Масай, с.п. та гігієнічне нормування його діючої речовини тебуфенпіраду в повітряному середовищі / М.М. Коршун, В.М. Семененко // Гігієна населених місць. — 2011. — № 58. — С. 47–53.

7. PPDB: Pesticide Properties Data Base [Electronic resource]. — Mode of access: http://sitem.herts.ac.uk/aeru/footprint/en/. — Date of access: 27.05.2015.

8. Пестициди. Класифікація за ступенем небезпечності: ДСанПіН 8.8.1.002-98 — [Затв. 28.08.98] // Зб. важливих офіційних матеріалів з санітарних і протиепідемічних питань. — Київ, 2000. — Т. 9. — Ч.1. — С. 249–266.

9. Gustafson, D.I. Groundwater ubiquity score : a simple method for assessing pesticide leachability / D.I. Gustafson // Environmental Toxicology and Chemistry. — 1989. — № 8. — Р. 339–357.

10. Cohen, S. Recent examples of pesticide assessment and regulation under FQPA / S. Cohen // Agricultural chemical news. — 2000. — Р. 41–43.

11. Comparative hygienic evaluation and prediction of hazard to human health of groundwater contamination by herbicides of the most common chemical classes / A.M. Antonenko, O.P. Vavrinevych, S.T. Omelchuk, M.M. Korshun // The unity of science. — Vienna, 2015. — P. 153–157.

12. Гончарук Е.И. Гигиеническое нормирование химических веществ в почве: Руководство / Е.И. Гончарук Г.И. Сидоренко. — М.: Медицина, 1986. — 320 с.

13. Prediction of pesticide risks to human health by drinkingwater extracted from underground sources / A.M. Antonenko, O.P. Vavrinevych, S.T. Omelchuk, M.M. Korshun // Georgian Medical News. — 2015. — № 7–8 (244–245). — С. 99–106.

 

REFERENCES

1. Pisarenko V.N. Pesticidy kak faktor zagryazneniya okruzhayuschej sredy: zagryaznenie pesticidami biosfery i ikh negativnoe vliyanie na prirodu i cheloveka / V.N. Pisarenko, P.V. Pisarenko, V.V. Pisarenko // Agroekologiya. — http://www.agromage.com/book.php?id=12.

2. Onischenko G.G. Gigienicheskie aspekty obespecheniya ekologicheskoj bezopasnosti pri obraschenii s pesticidami i agrokhimikatami / G.G. Onischenko // Gigiena i sanitariya. — 2003. — № 3. — S. 3–6.

3. Pyrohova V.H. Dynamika zakhvoryuvan' schytopodibnoi zalozy, vyklykanykh jododeficytom, u naselennya Zakarpats'koi oblasti / V.H. Pyrohova, V.I. Kravchenko // Naukovyj visnyk Uzhhorods'koho universytetu, seriya «Medycyna». — № 3 (42). — 2011. — S. 132–139.

4. Stan zdorov’ya naselennya v zonakh intensyvnoho sil's'kohospodars'koho vyrobnyctva / L.H. Zasypka [ta in.] // Medychni perspektyvy. — 2011. — Tom XVI. — № 1. — S. 91–96.

5. Perelik pestycydiv i ahrokhimikativ, dozvolenykh do vykorystannya v Ukraini. — Oficijne vydannya. — Kyiv: Yunivest Media, 2016. — 1023 s.

6. Korshun M.M. Toksykolohichna ocinka insekto-akarycydu Masaj, s.p. ta hihiyenichne normuvannya joho diyuchoi rechovyny tebufenpiradu v povitryanomu seredovyschi / M.M. Korshun, V.M. Semenenko // Hihiyena naselenykh misc'. — 2011. — № 58. — S. 47–53.

7. PPDB: Pesticide Properties Data Base. — http://sitem.herts.ac.uk/aeru/footprint/en/. — Date of access: 27.05.2015.

8. Pestycydy. Klasyfikaciya za stupenem nebezpechnosti: DSanPiN 8.8.1.002-98 — [Zatv. 28.08.98] // Zb. vazhlyvykh oficijnykh materialiv z sanitarnykh i protyepidemichnykh pytan'. — Kyiv, 2000. — T. 9. — Ch.1. — S. 249–266.

9. Gustafson, D.I. Groundwater ubiquity score : a simple method for assessing pesticide leachability / D.I. Gustafson // Environmental Toxicology and Chemistry. — 1989. — № 8. — Р. 339–357.

10. Cohen, S. Recent examples of pesticide assessment and regulation under FQPA / S. Cohen // Agricultural chemical news. — 2000. — Р. 41–43.

11. Comparative hygienic evaluation and prediction of hazard to human health of groundwater contamination by herbicides of the most common chemical classes / A.M. Antonenko, O.P. Vavrinevych, S.T. Omelchuk, M.M. Korshun // The unity of science. — Vienna, 2015. — P. 153–157.

12. Goncharuk E.I. Gigienicheskoe normirovanie khimicheskikh veschestv v pochve: Rukovodstvo / E.I. Goncharuk G.I. Sidorenko. — M.: Medicina, 1986. — 320 s.

13. Prediction of pesticide risks to human health by drinkingwater extracted from underground sources / A.M. Antonenko, O.P. Vavrinevych, S.T. Omelchuk, M.M. Korshun // Georgian Medical News. — 2015. — № 7–8 (244–245). — С. 99–106.

 

Надійшла до редакції: 06.09.2016 р.