Istnieją różne metody ochrony roślin. Mogą to być metody: fizyczne, mechaniczne, biologiczne, biotechniczne i w końcu chemiczne, czyli dobrze nam znane pestycydy.

Metody fizyczne to takie, które polegają na wykorzystywaniu różnych form energii - wysokich i niskich temperatur, ultradźwięków czy promieniowania. Jako przykłady fizycznych metod ochrony roślin można podać m.in. termiczne odkażanie gleby w szklarniach i inspektach (parowanie), wypalanie chwastów, czy też stosowanie promieni (ultrafiolet, podczerwień, gamma) oraz ultradźwięków wysokiej częstotliwości, do zwalczania szkodników w magazynowanych produktach spożywczych oraz w owocach.

Na poniższej grafice omówiono pokrótce przykłady innych metod ochrony roślin.

Ze względu na zakres stosowania, wyróżnia się następujące grupy środków ochrony roślin:

Wpływ środków ochrony roślin na środowisko zależy od:

• Klasy ich toksyczności dla człowieka:

• Formy preparatu;

• Stężenia substancji aktywnej;

• Rodzaju uprawy - stosowanie pestycydów przy uprawach wysokich wiąże się z większym zagrożeniem dla człowieka niż w przypadku upraw niskich;

• Czasu narażenia - im dłuższy jest czas kontaktu z preparatem (również czas przebywania w pomieszczeniu, w którym wcześniej zastosowano środek ochrony roślin), tym większe jest zagrożenie zdrowia człowieka;

• Rodzaju aparatury - im mniej nowoczesna aparatura i technika stosowania preparatu, tym bardziej niebezpieczna jest praca z nim;

• Czynników atmosferycznych - głównie temperatury, siły wiatru i wilgotności powietrza. Prace z zastosowaniem pestycydów stają się bardziej niebezpieczne w podwyższonej temperaturze i dużej wilgotności powietrza (szczególnie w szklarniach). Ważne jest, aby prędkość wiatru była mała, ponieważ zbyt silny wiatr powoduje niekontrolowane rozprzestrzenienie środka ochrony roślin;

• Drogi przenikania substancji do wnętrza organizmu.

Pestycydy ogólnie dzieli się na nieorganiczne i organiczne. Związków nieorganicznych będących pestycydami jest znacznie mniej niż organicznych.

Pestycydy nieorganiczne:

• Insektycydy arsenowe – zieleń paryska $\mathrm{Cu}({\mathrm{CH}}_3\mathrm{COO}{)}_2·\mathrm{Cu}({\mathrm{AsO}}_3{)}_2$, arsenian(V) ołowiu(II) ${\mathrm{Pb}}_3({\mathrm{AsO}}_4{)}_2$

• Insektycydy fluorkowe – kryolit ${\text{Na}}_2{\text{AlF}}_6$, heksafluorokrzemian sodu ${\text{Na}}_2{\text{SiF}}_6$

• Herbicydy nieorganiczne – boraks ${\text{Na}}_2{\text{B}}_4{\text{O}}_7$, chloran(I) sodu $\text{NaClO}$

Pestycydy organiczne:

• Pestycydy chloroorganiczne – DDT, lindan, metoksychlor

  RRPbwwizckhRY

  Ilustracja przedstawia wzór półstrukturalny DDT: 1,1,1‑trichloro‑2,2‑bis(4‑chlorofenylo)-etanu. Do atomu węgla przyłączone są: dwa pierścienie benzenowe podstawione w pozycjach czwartych chlorem, atom wodoru i grupa -${\mathrm{C}\mathrm{C}\mathrm{l}}_3$.

  

  R1ex64oIU5FU4

  Ilustracja przedstawia sześcioczłonowy pierścień cykloheksanu, w którym występują jedynie wiązania pojedyncze. Każdy z atomów węgla ma przyłączony jeden atom chloru.

  

  RzlQPpHyQlqf2

  Ilustracja przedstawia wzór półstrukturalny. Do atomu węgla przyłączone są: dwa pierścienie benzenowe podstawione w pozycjach czwartych grupami metoksylowymi $-{\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{H}}_3$, atom wodoru i grupa -${\mathrm{C}\mathrm{C}\mathrm{l}}_3$.

  

• Pestycydy fosfoorganiczne – malation, fenitrotion, chlorfenwinfos

  RGPY3sk0eicbd

  Ilustracja przedstawia wzór malationu. W strukturze związku obecne są atomy wodoru, węgla, tlenu, siarki i fosforu, ponadto występują wiązania estrowe.

  

  RyibVCC15fDiM

  Ilustracja przedstawia wzór fenitrotionu. W strukturze obecne są: pierścień benzenowy podstawiony grupą metylową, nitrową oraz atomem tlenu, do którego przyłączony jest atom fosforu związany wiązaniem podwójnym z siarką oraz poprzez wiązania pojedyncze z dwiema grupami metoksylowymi.

  

  R1N0Y8Wk2hIKc

  Ilustracja przedstawia wzór półstrukturalny chlorfenwinfosu. jego strukturę tworzą atomy wodoru, węgla, chloru, fosforu i tlenu. W związku tym jest pierścień podstawiony dwoma atomami chloru oraz złożony podstawnik, w którym są: atom chloru, wiązanie podwójne oraz grupy estru kwasu fosforanowego.

  

• Pochodne kwasu karbaminowego (uretany) – aminokarb, karbaryl

  Rqr0fEvg2iCDU

  Ilustracja przedstawia wzór półstrukturalny aminokarbu. Jego strukturę tworzą atomy wodoru, węgla, azotu i tlenu. Związek ten posiada pierścień benzenowy, który podstawiony jest między innymi grupą metylową, złożonym podstawnikiem poprzez atom tlenu, dodatkowo atomem azotu, który posiada przyłączone dwie grupy metylowe.

  

  R1LrkigOkXS82

  Ilustracja przedstawia wzór karbarylu. Jego strukturę tworzą atomy wodoru, węgla, azotu i tlenu. Obecny jest pierścień naftalenu - dwa skondensowane pierścienie benzenowe. Jeden z atomów węgla pierścienia jest podstawiony atomem tlenu dodatkowo związanm z grupą karbonylową, do której dołączona jest grupa $-{\mathrm{N}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{H}}_3$.

  

• Pochodne kwasu fenoksykarboksylowego – dikamba

  RTf9aH8hVWVBj

  Ilustracja przedstawia wzór dikamba. W jego strukturze są atomy wodoru, węgla, tlenu i chloru. Obecny jest pierścień benzenowy podstawiony atomami chloru, grupą metoksylową -$-{\mathrm{O}\mathrm{C}\mathrm{H}}_3$oraz grupą karboksylową.

  

• Pochodne tiazynowe – atrazyna, symazyna, propazyna

  R1BuEBzIcD3dd

  Ilustracja przedstawia wzór półstrukturalny atrazyny. Sześcioczłonowy pierścień tworzą trzy atomy węgla i trzy azotu, występują na przemian wiązania podwójne i pojedyncze. Jeden z atomów węgla jest podstawiony chlorem -Cl. Pozostałe tworzą wiązania z atomami azotu, do których przyłączone są grupy izopropylowe.

  

  RyZv7uFGE07Oj

  Ilustracja przedstawia wzór półstrukturalny symazyny. Sześcioczłonowy pierścień tworzą trzy atomy węgla i trzy azotu, występują na przemian wiązania podwójne i pojedyncze. Jeden z atomów węgla jest podstawiony chlorem -Cl. Pozostałe tworzą wiązania z atomami azotu, do których przyłączone są grupy etylowe i atomy wodoru.

  

  R7K2nTF4OilIN

  Ilustracja przedstawia wzór półstrukturalny propazyny. Sześcioczłonowy pierścień tworzą trzy atomy węgla i trzy azotu, występują na przemian wiązania podwójne i pojedyncze. Jeden z atomów węgla jest podstawiony chlorem -Cl. Pozostałe tworzą wiązania z atomami azotu, do których przyłączone są grupy izopropylowe i atomy wodoru.

  

• Pochodne kwasów aryloalkanokarboksylowych

• Pochodne nitrofenoli

  RHovuZnpzrnHI

  Ilustracja przedstawia wzór półstrukturalny 4‑nitrofenolu. Do sześcioczłonowego pierścienia benzenowego, w którym występują na przemian wiązania pojedyncze i podwójne, przyłączona jest grupa hydroksylowa, a w pozycji czwartej znajduje się grupa nitrowa.

  

• Pochodne mocznika

  R17svJmbCm8qm

  Ilustracja przedstawia wzór półstrukturalny mocznika. Do atomu węgla przyłączone są poprzez wiązania pojedyncze dwie grupy aminowe oraz atom tlenu poprzez wiązanie podwójne.

  

• Pochodne uracylu

  Rog5vqtq4pgTY

  Ilustracja przedstawia wzór półstrukturalny uracylu. Sześcioczłonowy pierścień tworzą cztery atomy węgla oraz dwa atomy azotu. Dodatkowo obecne są: wiązanie podwójne węgiel‑węgiel oraz dwa atomy tlenu tworzące wiązania podwójne z atomami węgla pierścienia.

  

• Związki rtęcioorganiczne - stosowane jako środki chroniące przed chorobami grzybowymi.

• Związki cyny i miedzi - stosowane jako środki chroniące przed chorobami.

RypfC7lWsf4wu1

Ilustracja przedstawia wzór heptachloru. Jego strukturę tworzą atomy wodoru, węgla i chloru. Obecne są dwa wiązania podwójne węgiel‑węgiel, siedem atomów chloru oraz dwa skondensowane pierścienie: sześcioczłonowy i pięcioczłonowy. W pierścieniu sześcioczłonowym jest mostek $-{\mathrm{C}\mathrm{C}\mathrm{l}}_2$ wiążący atomy węgla oddalone o trzy wiązania.

Wyróżnia się cztery główne właściwości związane z oddziaływaniem pestycydów na środowisko: toksyczność selektywna, trwałość w środowisku, zdolność do bioakumulacji, mobilność. Najważniejszą cechą pestycydów, która ma największe znaczenie dla uzyskania pozwolenia na stosowanie danej substancji, jest trwałość w środowisku. Jest ona określana przez czas, w którym rozkłada się 75 – 100% substancji. DDT rozkłada się w środowisku w 95% przez okres 4‑30 lat, dla porównania rozkład takiej samej ilości heptachloru trwa 3‑5 lat.

Podział pestycydów ze względu na trwałość

Pestycydy, po tym jak zostaną użyte, przechodzą cykl przemian fizykochemicznych  i zanieczyszczają glebę, wody i zostają przeniesione do tkanek roślinnych i zwierzęcych czy ludzkich. Wiele pestycydów, a szczególnie pestycydy chlorowe, pozostają w glebie i wodzie przez lata, a ich małe stężenia w wodzie (trzecia milionowa) mogą być zwielokrotnione biologicznie nawet stukrotnie w tkankach m.in. ryb i ptaków. Pestycydy blokują zmianę upraw na wiele lat i stwarzają problemy związane z toksycznymi pozostałościami w produktach rolnych. Znaleziono gleby, które zawierają powyżej 2 kilogramy DDT na 0,1 ha, nawet wiele lat po jego ostatnim zastosowaniu.

Toksyczność pestycydów zależy też od ich budowy chemicznej i tym samym ich właściwości. Na przykład:

• związki hydrofilowe mają dużą przenikalność przez układ pokarmowy;

• związki lipofilowe wykazują większe zdolności absorpcyjne;

• dłuższe grupy alkilowe oraz atomy chloru powodują wzrost lipofilowości;

• rozgałęzione łańcuchy alkilowe utrudniają metabolizm oksydacyjny;

• grupy cykloalkilowe ułatwiają powstawania wiązań van der Waalsa i zwiększają szybkość adsorpcji pestycydu.

Słownik

Bibliografia

Seńczuk W., Toksykologia. Podręcznik dla studentów, lekarzy i farmaceutów Wydanie IV. Warszawa 2002.

Dąbrowski J. Jeszcze jedna „trutka” na nas - pestycydy, Praca zbiorowa pod red. Jerzego K. Piotrowskiego Podstawy toksykologii. Kompendium dla studentów szkół wyższych, Warszawa 2006.

Biziuk M., Pestycydy. Występowanie, oznaczanie i unieszkodliwianie, Warszawa 2001.

Żelechowska A., Toksyczne związki organiczne w ściekach i wodach powierzchniowych, Ochrona środowiska, 1(6), 1996.

Dojlido J.R., Chemia wód powierzchniowych, Białystok 1995.