Последействия обработки почвы высокими дозами пестицидов для микробиоценозов

Обновлено: 05.10.2024

АННОТАЦИЯ

Проведен анализ микробиологической и ферментативной активности почв, загрязненных пестицидами. В модельных испытаниях показано, что применение шлама биогазовой установки, Azotobacter sp., Pseudomonas stutzeri способствует деструкции смеси ДДЭ и ДДТ. Проведенный анализ ферментативной активности модельных опытов выявил корреляцию между деструкцией пестицидов и ферментативной активностью почв. С уменьшением концентрации пестицидов увеличивается ферментативная активность почв.

ABSTRACT

Analysis of microbiological and enzymatic activity of soils polluted with pesticides was conducted. Model trials revealed that joint application of sludge of biogas unit, Azotobacter sp. and Pseudomonas stutzeri promotes to destruction of the DDE and DDT mixture. Conducted analysis of enzymatic activity of the model trials revealed correlation between pesticides’ destruction and enzymatic activity of soil. The enzymatic activity of soil increased with lowering pesticides’ concentration.

Ключевые слова: пестициды, деградация, Bacillus, Pseudomonas, шлам биогазовой установки, ферментативная активность почв.

Keywords: pesticides, degradation, Bacillus, Pseudomonas, sludge of biogas unit, enzymatic activity of soil.

Введение

Как известно, на сегодняшний день пестициды широко используются в мире несмотря на то, что их использование нарушает микробный баланс почвы, загрязняет атмосферу и водные системы. Наиболее известный пестицид ДДТ повсеместно применяемый в 20 веке, остаточные концентрации которого до сих пор загрязняют почву, обладает значительной устойчивостью к разложению. Никакие физические факторы не способны сильно повлиять на процесс разложения ДДТ. В настоящее время ДДТ запрещен для использования [1], однако, многолетнее применение его во все возрастающих масштабах привело к значительному накоплению во внешней среде, почве, воде.

В связи с этим, одной из актуальных задач современной биотехнологии является создание биопрепаратов на основе штаммов-деструкторов, полученных из аборигенной микрофлоры, для решения комплекса задач, связанных с реабилитацией почв, загрязненных ксенобиотикам. На настоящий момент выделено и депонировано большое количество штаммов-деструкторов пестицидов, как в виде монокультур, так и в консорциумах. Основную группу почвенных микроорганизмов, разрушающих ксенобиотики, составляют бактерии рода Pseudomonas, способные расщеплять более 100 органических соединений. Многие бактерии рода Pseudomonas несут плазмиды, кодирующие ферменты, которые катализируют расщепление ароматических и галогенсодержащих органических соединений [10,11], которые также встречаются у микроорганизмы рода Bacillus, таких, как Bacillus pumilus Bacillus sp. 13. Из азотфиксирующих микроорганизмов чаще всего идентифицировались Azomonas agilis и Azotobacter chroococcum [16,17]. Применение диазотрофов способствует не только деструкции пестицидов, но и обогащает почву усвояемым азотом.

Объекты и методы исследования

Для оценки влияния пестицидов на микробный комплекс почвы сравнивали численность и структуру комплексов бактерий. Для определения численности и выделения микроорганизмов из почвы использовали методы посева на агаризованные питательные среды из разведений почвенных суспензий [18]. Структуру комплекса бактерий характеризовали с использованием физиолого-биохимических и морфологических показателей отдельных культур [19]. Материалом исследований явились пестициды ДДТ и ДДЭ, микроорганизмы, выделенные из почв Южного Приаралья и шлам биогазовой установки. Для определения микробиологической активности был проведен анализ их развития на следующих средах: Мясо-пептонный агар, Эшби, Гильтай, среда Чапека и среда Виноградского. Кислотность определяли на рН метре Меттлер Толедо. Определение ферментативной активности почв проводили по общепринятым методикам [19]. Агрохимический анализ провели на базе лабораторий Узгидромета.

Результаты исследований.

В результате изучения в исходной почве состава автохтонной микробиоты были выделены основные группы микроорганизмов, участвующие в почвообразовательном процессе, и определены их количественные показатели (табл.1).

Таблица 1.

Микробиологический анализ исходной пробы почвы для модельных опытов

При непосредственном внесении пестицидов в почву или при их проникновении в почву с осадками, они могут хранится в ней на протяжении длительного времени и оказывать определенное воздействие на почвенную микрофлору, которой насчитывается 80-100 млн и более в 1 см 3 почвы. Характер и степень этого влияния различны и зависят от свойств и нормы расхода самого препарата, длительности его сохранения в почве, видового состава микроорганизмов, механического состава и структуры почвы, температуры, влажности, микробиологической активности почвы и других факторов.

Действие пестицидов оценивают на основные группы почвенных микроорганизмов путем определения наличия их в почве и соотношение микроорганизмов из разных групп до и после обработки его пестицидами.

Прямое действие на почву оценивается по нескольким показателям, которые используются в почвоведении. Обязательно оценивается действие препаратов на основные группы почвенных микроорганизмов, что осуществляется путем определения наличия их в почве и соотношение микроорганизмов различных групп к обработке и после обработки его пестицидом.

Кроме того, определяется активность нитрифицирующих бактерий, а также фиксаторов азота — азотобактера. Угнетение нитрифицирующих бактерий вызывает нарушение азотного обмена и накопления в почве токсичных нитратов.

Почвенные микроорганизмы имеют различную чувствительность к действию инсектицидов. При усложнении клеточной структуры микроорганизмов наблюдается повышение чувствительности к этим соединениям. Чувствительность отдельных групп микроорганизмов к инсектицидам растет в ряду: бактерии, актиномицеты, грибы. Даже среди бактерий нитрифицирующие и некоторые аэробные бактерии, разлагающие целлюлозу, более чувствительны к инсектицидам, чем азотобактер. Поэтому длительное и систематическое применение инсектицидов может вызвать некоторую перестройку микробного ценоза почвы и накопления в нем целлюлозы растительных остатков.

Фунгициды, применяемые для протравливания семян, негативно влияют на почвенную микрофлору. Препараты, используемые для защиты растений от болезней в период вегетации, не влияют на численность почвенных микроорганизмов.

Гербициды сравнительно быстро разлагаются в почве и применение в рекомендованных нормах в целом не влияет негативно на микрофлору почвы. При непосредственном внесении их в почву, особенно в повышенных дозах, наблюдается временные перегруппировки в составе микрофлоры. Иногда наступает недолгий период депрессии активности микрофлоры, которая восстанавливается благодаря появлению устойчивых мутантных форм или за счет образования ферментов, которые гидролизируют препарат.

В зависимости от скорости разложения препарата в окружающей среде, все современные препараты делятся на шесть групп:

срок разложения менее трех месяцев;
от трех до шести месяцев;
шести до двенадцати месяцев;
двенадцати до восемнадцати месяцев;
двух лет;
с продолжительностью полного разложения более двух лет.

Совершенно очевидно, что скорость разложения пестицида зависит не только от его физико-химических свойств и строения, но и от почвенно-климатических условий региона. Так, разложение любого органического пестицида выполняется быстрее в жарком и влажном климате, чем в холодном и сухом. В связи с этим приведенная выше классификация пестицидов по скорости их разложения в окружающей среде носит условный характер, ведь тот же препарат в разных климатических условиях будет разлагаться в разный период времени (рис.).

Схема разложения пестицидов в почве

В зависимости от среды меняются факторы, влияющие на разложение токсиканта. В атмосфере пары пестицида подвержены действию солнечного излучения, воды и кислорода воздуха, а в некоторых случаях — и озона. Главными реакциями разложения пестицидов в атмосфере являются: гидролиз паром воды, окисление кислородом и озоном, а также фотохимические превращения. Чем интенсивнее освещение, тем быстрее происходят процессы разложения препарата в атмосфере. Кроме того, часть препарата рассеивается в верхних слоях атмосферы. В большинстве случаев разложение препаратов происходит достаточно быстро и завершается в течение нескольких часов. Однако не всегда фотохимическое разложение происходит с образованием простейших продуктов окисления исходного пестицида. В некоторых случаях образуются сложные продукты конденсации, которых затем попадают в водоемы и в почву, где и происходит их дальнейшая деструкция. Это особенно часто наблюдается для сложных азотсодержащих соединений типа замещенных мочевины или динитроанилинов.

В водных системах в разложении пестицидов участвуют не только химические факторы (реакции окисления и гидролиза), но и гидробионты, в организме которых происходят процессы распада препаратов. Персистентные препараты способны накапливаться в организме гидробионтов, что в некоторых случаях отрицательно сказывается на жизнедеятельности, а иногда приводит к их гибели. В водной среде быстро разрушаются органические соединения фосфора, синтетические пиретроиды, эфиры карбоновых кислот, производные карбаминовой и тиокарбаминовой кислот, гербицидные производные мочевины и др.

Фотохимическое разложение пестицидов в водной среде происходит в самых разных направлениях, но в основном — с образованием в конечном итоге простейших продуктов.

Пестициды в почве видоизменяются или совсем разлагаются также в результате физико-химических процессов, микробиологического разложения, поглощения высшими растениями, почвенной фауной. Они удаляются из почвы в результате выветривания, испарения с паром воды, вымывание водой, вынесения растениями.

В значительной мере отдельные процессы распада пестицидов в почве зависят не только от их свойств, но и от свойств почвы, климатических и экологических факторов.

Пестициды, вносимые в почву, снижают свою биологическую активность благодаря адсорбции их почвенными коллоидами. Степень адсорбции большинства инсектицидов и гербицидов усиливается в почве, содержащей перегной, по сравнению с суглинком. Установлена зависимость адсорбции от рН и гидролитической кислотности почвы. Например, адсорбция 2,4-Д и 2М-4Х повышается при снижении рН почвенного раствора. Кроме содержания и свойств почвенного гумуса важное значение для адсорбции препаратов имеет механический состав, содержание глиняной и илистой фракций почвы.

Осадки и температура также влияют на адсорбцию токсикантов. Это имеет практическое значение, поскольку внесение в почву гербицидов в холодную и сырую погоду сопровождается адсорбирования их в поверхностном слое почвы, благодаря чему они сохраняются от вымывания и разложения.

Потеря пестицидов из почвы за счет испарения с водяным паром в основном характерна для гербицидов с высокой упругостью пара, как гезагард, дуал, эрадикан, трефлан. Заделки таких препаратов сразу после опрыскивания почвы значительно сокращает их потери в парообразной форме.

Пестициды могут разлагаться под воздействием солнечного света. При этом в процессе фотоокисления некоторых из них, а также метаболитов существенная роль принадлежит длинноволновому ультрафиолетовому солнечному излучению (290-400 ммк). Под влиянием солнечной радиации теряют свою токсичность и гербициды, и инсектициды.

Е.М. Мишустин (1964) подчеркивал, что нет таких форм органических природных и искусственных соединений, которые не использовались в качестве источника питания определенными видами почвенных микроорганизмов. Бактерии, участвующие в трансформации и детоксикации пестицидов, в основном относятся к безспоровым формам: Pseudomonas, Arthrobacter, Mycobacterium.

В порядке Actinomycetales наибольший интерес представляет род Nocardia. Среди низших грибов в деградации пестицидов наибольшую роль играют виды, относящиеся к Fusarium, Aspergillus, Pénicillium. Но эффективная детоксикация происходит только при применении препаратов в концентрациях, нетоксичных для данных организмов.

Для повышения роли микроорганизмов в трансформации пестицидов необходимо внесение активных форм в почву и создание соответствующих условий для их жизнедеятельности.

Механизм метаболизма пестицидов под влиянием почвенных микроорганизмов сводится к следующим основным реакциям: дегалогенирование, дезалкилирование, окисление, восстановление, гидролитическое расщепление эфирной связи.

Дезалкилирование является негидролитическим путем разложения в почве некоторых групп гербицидов, таких как гербициды с простой эфирной связью (2,4-Д, 2М-4Х).

Гидролитический путь разложения в почве характерный для пестицидов, в состав которых входят эфиры и амиды.

Важное значение в разложении инсектицидов и гербицидов имеет их окисление в почве микроорганизмами. Среди современных инсектицидов, как правило, более устойчивыми к микробиологического разложения являются синтетические пиретроиды сравнению с фосфорорганическими соединениями и карбаматами.

Фунгициды, используемые для обработки семян и опрыскивания растений в период вегетации, меньше разлагаются в почве под воздействием микрофлоры через сильное бактерицидное и фунгицидное действие.

Поглощение и вынесения пестицидов из почвы растениями во многом зависит от их видовых особенностей. По некоторым данным, при одинаковых условиях (тип почвы, ее температура и влажность, норма расхода препарата) меньше инсектицидов выносится из почвы на участках, где выращивается горох, картофель, и больше всего — где выращивается кукуруза. В целом на посевах пропашных культур и на паровом поле детоксикация пестицидов происходит более интенсивно, что связано с активными микробиологическим процессами.

Особая роль в изъятии гербицидов из почвы принадлежит растениям, устойчивым к этим веществам за наличия в них механизмов быстрой детоксикации с помощью ферментных систем. Скорость разложения пестицидов зависит также от возраста растений. У молодых растениях этот процесс происходит быстрее, чем у старых, что объясняется более высокой физиологической активностью.

Влияние на микроорганизмы пестицидов и их трансформация в почве

Химические средства защиты урожая — пестициды в настоящее время используются очень широко. В них входят гербициды, применяемые для борьбы с сорняками, фунгициды, защищающие растения от фитопатогенных грибов, инсектициды — средства защиты от вредных насекомых, нематоциды — препараты против нематод и др.

Широкое применение химических средств защиты урожая: началось после 1939 г., когда швейцарский ученый П. Мюллер показал перспективность использования ДДТ (1,1 - ди (4-хлорфенил) - 2,2,2-трихлорэтан) при борьбе с вредными насекомыми. За свою работу Мюллер был удостоен Нобелевской премии. Открывались новые перспективы в борьбе с вредителями сельского хозяйства и с насекомыми — переносчиками болезней. Применение ДДТ в южных странах практически ликвидировало заболевание малярией, от которой гибли миллионы людей. Через некоторое время оказалось, однако, что комары, переносящие заболевание, адаптировались к пестициду, и болезнь вновь стала принимать массовый характер. Тогда перешли на использование менее токсичного аналога ДДТ — метоксихлора (C16H15CI3O2).

В дальнейшем выяснилось, что ДДТ очень медленно разлагается в почве. Аккумулируясь в почве и растениях, он оказывает вредное влияние на организм человека и животных. В настоящее время во многих странах, в том числе в СНГ, использование ДДТ и некоторых других пестицидов запрещено. Помимо высокой стойкости, для ДДТ и ряда других пестицидов характерна способность концентрироваться в биологических цепях. В продуктах животного происхождения они накапливаются больше, чем в растительных тканях. Получены убедительные доказательства отрицательного воздействия даже малых количеств хлорорганических соединений на здоровье людей, и многие страны отказались от применения таких препаратов. В СНГ в соответствии с утвержденными методическими указаниями проводится гигиеническая оценка новых пестицидов. Ежегодно публикуется также Список химических и биологических средств борьбы с вредителями, болезнями растений и сорняками и регуляторами роста растений, разрешенных для применения в сельском хозяйстве.

Неумеренное применение пестицидов загрязняет окружающую среду и приводит к гибели многих ценных представителей фауны и флоры. Вымываясь в водные бассейны, пестициды вызывают вымирание промысловых животных.

Все указанное заставляет относиться к применению пестицидов крайне осторожно и отбирать для практического использования в сельском хозяйстве менее вредные и быстро разлагающиеся соединения.

Химическая природа пестицидов весьма разнообразна — они относятся более чем к 20 различным группам соединений. Наиболее широко используют фенокси - производные, производные карбаминовой и тиокарбаминовой кислот, триазина, мочевины, урацила, аминов и т. д.

В качестве инсектицидов в больших количествах применяют фосфорорганические соединения, в меньших количествах — хлорорганические соединения и производные карбаминовой кислоты. Находят применение также различные вещества, содержащие мышьяк и растительные яды.

В качестве фунгицидов используют соединения меди, ртути и т. д.

Рассматривая трансформацию пестицидов в почве, следует отметить, что на нее влияют химические и физические факторы, сорбция почвенными частицами и т. д. Однако главный фактор, вызывающий изменение пестицидов в почве,— микроорганизмы. Их жизнедеятельность заметно не угнетается дозами пестицидов, обычно используемыми в практике.

К химическим процессам, вызывающим превращения пестицидов, относится реакция гидролиза, которая часто катализируется глинистыми минералами.

Быстрота разрушения пестицидов микроорганизмами в значительной степени зависит от их химического состава. Наличие в структуре пестицида галогенов, нитрогруппы и метильной группы замедляет процесс микробной деструкции. Имеет значение положение галогена в феноксисоедииениях.

Галоген, находящийся в мета - положении, замедляет распад пестицида; соединения, имеющие галоген в пара - и орто-положении, легче разрушаются.

Наиболее легко разлагаются органические соединения фосфора, производные алифатических карбоновых кислот, производные карбаминовой и тиокарбаминовой кислот. Значительно медленнее подвергаются разрушению циклические соединения.

Некоторые пестициды могут разлагаться отдельными видами микроорганизмов. Так, к микроорганизмам, использующим аллиловый спирт, относится Nocardia corallina, Azotobacter, Trichoderma vulgaris и т. д.

Некоторые виды Nocardia способны ассимилировать в качестве источника углерода 4-феноксимасляную кислоту и 3,4-дихлорфеноксимасляную. Симазин может служить источником питания для ряда микроорганизмов. К использованию симазина способны многие виды бактерий, например представители родов Achromobacter, Mycobacterium и т. д.

Почва насыщена разными микроорганизмами, поэтому внесенные в нее химические соединения атакуются группировкой микроорганизмов, разлагающих как данный субстрат, так и продукты его распада. В некоторых случаях процесс деструкции пестицидов ускоряется наличием какого-либо органического соединения (косубстрата), способствующего развитию микробного ценоза, принимающего участие в разрушении пестицида.

Обычно гербициды вносят в почву в небольших количествах – несколько килограммов на 1 га. Водорастворимые препараты не создают в местах их внесения токсичных для большинства микроорганизмов концентраций. При распылении порошков и эмульсий (атразин, монурон и т. д.) образуются микрозоны, в которых селекционируется микрофлора, разлагающая пестицид, но основное микронаселение почвы остается не затронутым.

Обычно применяемые в практике дозировки пестицидов, как правило, не влияют на жизнь почвы. Иногда, однако, происходит задержка процесса нитрификации, так как нитрификаторы очень чувствительны к различного рода сильным воздействиям. Некоторые исследователи отмечают большую чувствительность по сравнению с другими сапрофитными микроорганизмами азотобактера и клубеньковых бактерий.

Имеются указания также на меньшую устойчивость к гербицидам микроскопических грибов и водорослей.

Отмеченная чувствительность к пестицидам относится в основном к повышенным их дозам. На основную же массу микроорганизмов даже дозы, в 50 – 100 раз превышающие применяемые на практике, не оказывают существенного влияния.

Отмеченное можно проиллюстрировать примерами. Э. А. Штиной было установлено, что Phormidium tennue погибает при незначительных концентрациях 2,4-Д, а другие организмы (Chlorella vulgaris, Nostoc punctiforme и т. д.) весьма устойчивы к действию этого гербицида. Ю. В. Круглов показал, что чувствительность водоросли Chlorella vulgaris к некоторым гербицидам приближается к чувствительности растений овса. Очевидно, Chlorella может быть использована как тест-организм при выяснении токсичности гербицидов для растений.

Возникает весьма важный вопрос: за какой срок обезвреживаются в почве применяемые обычно в практике дозы гербицидов. На это влияет целый ряд факторов — свойства почвы, ее температура, влажность и т. д. На быстроту распада гербицидов в почве большое влияние может оказать присутствие в ней легкодоступных микроорганизмам органических и минеральных соединений. Следовательно, без учета комплекса факторов трудно определить быстроту распада гербицида в почве. Известны случаи, когда в европейских странах ориентировались на американские данные по освобождению почв от симазина. В результате недоучета особенностей климата пшеница, высеянная после кукурузы, обработанной симазином, резко снижала урожай.

Несмотря на условность сроков распада различных гербицидов, приведенные в таблице 32 данные показательны в том отношении, что устанавливают стабильность в почве различных веществ. Например, некоторые гербициды распадаются в почве через несколько недель, другие могут сохраняться там более года, имеются и еще более устойчивые вещества.

В связи с тем, что скорость детоксикации пестицидов в почвах и окружающей среде (грунтовые воды, водные бассейны и т. д.) зависит от географических, почвенных, гидрологических и других условий, весьма важно составление карты, дающей представление о способности отдельных регионов самоочищаться от вносимых в почву токсических соединений. Подобная работа начата в научно- исследовательских учреждениях нашей страны, в частности в Институте почвоведения и фотосинтеза СНГ.

Следует отметить, что при частичном разрушении гербицида могут образоваться сильно токсичные вещества.

Иногда происходит конденсация веществ, образующихся из гербицидов, в трудноразлагаемые сложные соединения. Некоторые гербициды (симазин и др.), а также продукты их распада образуют с гумусовыми соединениями прочные комплексы. Это задерживает процесс детоксикации.

В отношении инсектицидов имеются данные, свидетельствующие о более быстром распаде в почве фосфороорганических соединений (обычно 1,5—4 месяца); хлорорганические соединения устойчивее.

Рассмотрим влияние пестицидов на взаимоотношения бобовых растений с клубеньковыми бактериями. Здесь отмечены значительные различия. Так, гербициды, ингибирующие фотосинтез (симазин, атразин), не действуют на образование клубеньков, но процесс азотфиксации подавляется из-за недостатка ассимилятов для клубеньковых бактерий. По данным Ю. В. Круглова, некоторые гербициды (например, 2М-4ХМ) депрессируют активность находящихся в клубеньках бактерий и снижают азотфиксацию. Поэтому для бобовых культур следует тщательно подбирать гербициды, и желательно употреблять их в сниженных дозах. Лучше использовать для этих культур почвы, очищенные от сорняков при выращивании предшественников бобовых.

Протравливать семена бобовых растений препаратом ТМТД целесообразно не позднее, чем за две недели до посева. Заражение же посевного материала клубеньковыми бактериями надо проводить в день посева. Протравливание семян фундозолом можно делать непосредственно перед посевом одновременно с заражением их клубеньковыми бактериями.

Всесоюзным НИИ сельскохозяйственной микробиологии подготовлены и изданы Методические рекомендации по оценке токсичности пестицидов на микрофлору почв (Л., 1981).

Использование гербицидов снижает количество гумуса по сравнению с необработанными почвами. Это объясняется тем, что гербициды уменьшают поступление в почву растительных остатков сорняков.

В последнее время в РФ расширяется применение технологий прямого и полосового посева (особенно в зонах засушливого земледелия), предусматривающих широкое применение гербицидов. Растет применение гербицидов и в традиционных системах земледелия.

Недостаточное внимание производителей сельхозпродукции к выбору гербицидов приводит к тому, что после нескольких лет широкого применения проявляется их побочное воздействие.

Некоторые из них могут длительное время сохраняться в почве, оказывая влияние на последующие культуры севооборота. С ростом объемов применения и ассортимента гербицидов риск последействия увеличивается, что следует учитывать в производстве. С одной стороны, длительное действие гербицида – это хорошо: снижается засоренность. Однако при этом могут и угнетаться культурные растения, чувствительные к остаткам гербицида.

Проблема последействия гербицидов стоит в последние годы довольно остро. По данным Всероссийского научно-исследовательского института фитопатологии (ВНИИФ), из-за эффекта последействия гербицидов сельхозпроизводители могут потерять до 25% урожая, на практике эта цифра может быть еще выше. Наиболее чувствительными культурами при этом считаются сахарная свекла, подсолнечник, соя, гречиха.

Причем растениеводы не всегда способны достоверно определить, с чем имеют дело. Ведь аналогичные признаки угнетения и гибель растений могут быть вызваны и другими причинами: вымоканием, засолением почв, передозировкой удобрений или же, наоборот, нехваткой элементов минерального питания.

Фитотоксичность гербицидов, остатки которых содержатся в почве, является одним из примеров негативных последствий влияния пестицидов на культурное растение, окружающую среду и как следствие, здоровье человека.

Тот факт, что после применения некоторых гербицидов возможно действие остаточных количеств или их метаболитов на последующую культуру, известен давно. Однако для полевых севооборотов это не имело практического значения, так как доля таких гербицидов в производстве была незначительной.

Последействие приходилось учитывать, например, в овощеводстве, где интенсивно применялись гербициды с длительным сохранением в почве остаточных количеств (трифлуралин, прометрин). Длительным последействием обладает симазин, который применяли при монокультурном возделывании кукурузы (в настоящее время не используется), внося один раз в 5–7 лет.

Наверное, многим агрономам встречались места (пятна) на поле, где во время заправки были пролиты гербициды и после этого там долгое время ничего не росло.

Последействие гербицида – это влияние сохранившихся остатков гербицида и его метаболитов, примененного в предшествующие годы, на состояние почвы, культурные и сорные растения. Риск последействия гербицидов определяется в основном тремя факторами : интенсивностью адсорбции, деградации и миграции (перемещения). Действие этих факторов зависит от почвенно-климатических и агротехнических условий, погоды, а также свойств самого препарата.

С ростом объемов применения и ассортимента гербицидов риск последействия значительно увеличивается. Это может происходить как с почвенными гербицидами, так и применяемыми по вегетирующим растениям.

В настоящее время на рынке представлено много устойчивых к разложению в почве гербицидов из разных классов химических соединений.

Это могут быть новые гербициды, как, например, производные сульфонилмочевины (амидосульфурон, метсульфурон, триасульфурон, тритосульфурон, хлорсульфоксим, хлорсульфурон, сульфометурон) или имидазолиноны (имазаметабенз, имазамокс, имазапир, имазетапир).

А также и давно известные, такие как динитроанилины (пенди- металин, трифлуралин), триазиноны (метамитрон, метрибузин), триазины (атразин, прометрин), хлорацетанилиды (ацетохлор, С-метолахлор).

Последействие особенно характерно для гербицидов с действующими веществами имазетапир, имазапир, кломазон, принадлежащих к классам имидазолинонов, и сульфонилмочевины. Последние активно применяют именно на зерновых, поэтому при выборе гербицида следует учитывать, какую культуру будете сеять после них.

Особенно чувствительны к воздействию сульфонилмочевины подсолнечник, свекла и рапс. Практически все гербициды класса сульфонилмочевины могут наносить вред посевным культурам.

Разберем последействие гербицида на примере производных сульфонилмочевины.

Гербициды с сульфонилмочевиной: плюсы и минусы

С особой осторожностью следует использовать гербициды, в состав которых входят действующие вещества на основе сульфонилмочевины.

Эти препараты имеют низкую норму расхода, широкий спектр воздействия и диапазон сроков внесения (осень, весна), благоприятные токсикологические, экологические и экономические показатели.

Их используют в современных интегрированных системах защиты зерновых культур, льна, картофеля и свеклы - как в чистом виде, так и в баковых смесях, в которых нормы расхода на гектар снижаются вдвое, а значит, соответственно снижается и риск последействия при наличии влаги (особенно после зимы) и при кислой реакции почв.

Положительной особенностью гербицидов на основе сульфонилмочевины является их способность к синергии с веществами других химических классов, например, такими как дикамба и производные феноксиоцтовой кислоты (2,4-Д, 2М-4Х и их аналоги) и др. Эффект синергии позволяет достичь высокого уровня технической эффективности, а также уменьшить антропогенную нагрузку на окружающую среду и вероятность накопления остатков гербицидов в почве.

Тот факт, что сульфонилмочевину используют в очень малых количествах, с одной стороны, является ее неоспоримым преимуществом, однако, с другой - свидетельствует о высокой токсичности для засоренных посевов культурных растений.

Возникает вопрос об их возможном негативном влиянии на последующие культуры севооборота. По этому поводу ведутся острые дискуссии.

Например, остаточные количества метсульфурон-метила в почве проявляют негативное влияние на посевы гречихи, рапса, свеклы, проса, сорго, льна, подсолнечника. Напротив, препараты на основе трибенурон-метила не влияют на последующие культуры севооборота.

В течение вегетационного сезона второй культурой можно высевать сою, овощные и т. д. То есть, несмотря на одинаковый механизм воздействия, действующие веществ из этого класса имеют не- одинаковую продолжительность разложения в почве, в частности в различных типах почв.

Исследователи выделяют следующие действующие вещества с длительным последействием: хлорсульфурон, метсульфуронметил, триасульфурон, тритосульфурон, сульфметурон-метил, просульфурон и римсульфурон.

Российские ученые приводят данные о том, что такие соединения, как хлорсульфурон, триасульфурон, метсульфурон-метил, довольно быстро разлагаются в условиях кислой среды, тогда как в нейтральных и щелочных почвах сохраняются длительное время и оказывают негативное влияние на последующие культуры севооборота.

При равных условиях скорость разложения гербицидов различается. Доктор биологических наук, заведующий отделом гербологии ВНИИФ Юрий Спиридонов проводит такой ряд: хлорсульфурон 200 мм) во временном промежутке с момента применения препарата до посева последующей культуры в севообороте повышает микробиологическую деградацию действующего вещества. Распад усиливается при количеству влаги, приближенному к величине полной почвенной влагоемкости.

Холодные погодные условия в период вегетации замедляют микробиологическую активность, соответственно, и микробиологический распад снижается.

Например, действующие вещества гербицида Евро-Лайтнинг® начинают распадаться в почве при температуре выше 10 °С, и при ее повышение процесс ускоряется. Вредоносность гербицида Евро-Лайтнинг® усиливается с понижением pH в почве: чем ниже его коэффициент, тем выше риск последействия. Если между применением гербицида и посевом последующей культуры выпало недостаточно осадков, то распад гербицида в почве может быть неполным, как уже описано выше.

При недостатке осадков для выращивания культуры их также будет недостаточно для микробного разложения действующих веществ препарата.

Длительный период ненормально низких температур также может замедлить распад этого гербицида и увеличить риск для последующей чувствительной культуры в севообороте.

Польза действия на последующие волны сорняков единой гербицидной обработки ограничивается воздействием на последующие культуры в севообороте, поэтому очень важно учитывать ограничения в севообороте после применения гербицида Евро-Лайтнинг®.

Применение гербицидов класса симметричных триазинов, которые, в свою очередь, имеют в своем составе действующее вещество атразин (например Примекстра Голд 720 SC) и прометрин (Гезагард 500 FW, Прометрекс 50), наиболее эффективны в посевах кукурузы.

Они сравнительно слабо растворяются в воде, поэтому долго находятся в почве и длительно действуют на сорняки (более 12 месяцев), что может привести к хозяйственным убыткам в случае посева уязвимых к остаточному влиянию препаратов культур в севообороте.

Наиболее чувствительны к симметричных триазинам сахарная свекла, кормовые корнеплоды, овощные, пшеница, ячмень, люцерна, клевер.

В связи с этим целесообразно внесение таких гербицидов на участках бессменной культуры кукурузы.

Гербициды класса сульфонилмочевины с действующими веществами: амидосульфурон (например Аркан 75 WG, Гродил Макси 375 ОD), йодсульфуронметил (Гродил Макси 375 ОD Мастер Мушкет), метсульфуронметил (например, Хлебодар, Ларен Про 60, Гербилан, Магнум и их аналоги), просульфурон (Пик 75 WG) и тифенсульфорон-метил (Гранстар Голд 75, Хармони 75, Калибр) быстро поглощаются корнями и листьями сорняков и нетоксичны для животных и человека.

Практические советы

Для снижения риска последействия сульфонилмочевинных гербицидов на последующие двудольные культуры в севообороте можно предпринять следующие меры:

Классический прием, который существенно снижает риск последействия, – это вспашка, то есть заделка гербицида из верхнего слоя почвы, который часто пересыхает, в более глубокие слои – 20-30 см.

Однако если речь идет о технологии прямого посева, до почвы во многих случаях гербицид не доходит, так как имеется слой неразложившихся растительных остатков, и при этом не происходит необходимого контакта гербицида с почвой, соответственно, разложение продукта идет не по классической схеме, тем более некоторые продукты способны накапливаться непосредственно на растительных остатках.

Соответственно, при возделывании сельскохозяйственных культур по технологии прямого посева необходимо использовать продукты, не обладающие последействием, или с очень маленьким периодом последействия. Это подтверждает и мировая практика, где в качестве основных гербицидов для контроля многолетних сорняков в севообороте при использовании прямого посева применяются препараты на основе глифосата, который не имеет отрицательного последействия.

В год применения препаратов из этой группы допускается пересев только зерновыми.

Особенности пересева

Бывают случаи, когда в хозяйстве требуется проводить пересев культур по разным причинам (вымерзание, отсутствие осадков осенью, что впоследствии приводит к гибели растений). Тогда нужно учитывать внесенные препараты и пересевать культурами, которые не восприимчивы к препаратам, либо типичными к пересеянной культуре.

Например, при использовании препаратов группы метсульфурон-метил на следующий год нельзя возделывать сахарную свеклу и овощные. Рекомендуется высевать зерновые колосовые, рапс, кукурузу, лен или картофель. Пересев обработанной культуры может проводиться только яровыми зерновыми.

При использовании препаратов группы йодосульфуронметил, мезосульфурон-метил + дифлюфеникан + мефенпирдиэтил (антидот) необходимо исключить посев гороха, сахарной свеклы, ярового рапса, лука, капусты. При использовании препаратов группы метрибузин + трибенурон-метил нужно исключить посев сахарной свеклы, ярового рапса, овса, лука, капусты.

В случае пересева озимого рапса после гербицидов, применяемых против однодольных видов сорных растений – Арамо 50, Фюзилад Форте и др., – можно высевать любую культуру через месяц после их применения.

Важно помнить, что при пересеве культур фитотоксичность гербицидов зависит от многих факторов и усиливается при использовании максимальных норм расхода препаратов, в засушливых погодных условиях после применения гербицидов, когда разложение действующего вещества гербицида происходит медленно.

Препараты группы сульфонилмочевины (Хармони и его аналоги) запрещается использовать два года подряд, а также по рН почвы ≥ 7. Препараты с действующим веществом ацетохлор (Трофи 90, Харнес и их аналоги), класса амиды и нитрилы алифатических карбоновых кислот применяют как грунтовые препараты контактного действия. При возникновении неблагоприятных условий для действия препаратов (малое количество осадков, комковатость поля, препарат внесен без заделки) они долгое время сохраняют физические свойства.

Производить фитотоксичное воздействие длительное время способны не все гербициды. Например, фосфорорганические препараты с действующим веществом изопропиламинная соль глифосата (Раундап, Напалм, Клиник Дуо и их аналоги) в почве очень быстро инактивируются микроорганизмами или образуют хелаты с тяжелыми металлами и адсорбируются почвенными частицами - в почве они инертны. Ряд факторов влияет на вред гербицидов или усиливает их воздействие: разложение пестицидов микроорганизмами; химический их распад; адсорбция грунтовыми коллоидами; вымывание (выщелачивание); летучесть; фотохимический распад; вынос остатков пестицидов с поля с урожаем сельхозкультур.

Вред гербицидов усиливается в случае, если использование пестицидов (которые сохраняют долгое время биологическую активность в почве) осуществляется на тяжелых затапливающихся почвах с нейтральной или щелочной средой, в поздние сроки, при засухе.

Не стоит забывать о зависимости динамики разложения гербицидов в почве от комплекса факторов (влажности, рН и температуры почвы, способов его обработки и многих других), что затрудняет формирование достоверного прогноза по фитотоксичности препаратов для последующей культуры. Значение почвенного рН особенно важно для выявления последействия пестицидов: его высокие значения способствуют замедлению скорости разложения гербицидов, соответственно увеличивая вероятность последействия.

В частности, последействие усиливается в условиях применения препаратов в максимальных нормах расхода, а также при сухих погодных условиях после обработок ими, когда разложение действующего вещества гербицида происходит медленно. Если есть сомнения, лучше высевать многокомпонентные смеси культурных растений, а подсев проводить сеялками с дисковыми сошниками.

Современное сельское хозяйство немыслимо без использования химических средств борьбы с сорняками. В мире ежегодно производится более 4,4 миллиона тонн пестицидов около 1600 наименований. На фоне роста объемов применения гербицидов в мире, в России произошло существенное падение использования химических средств борьбы с сорняками. По сравнению с дореформенными годами, площадь обрабатываемых гербицидами полей сократилась более чем в 3 раза.

Многолетнее использование пестицидов способно привести к серьезным негативным последствиям не только для окружающей среды и здоровья человека, но и понизить рентабельность сельскохозяйственного производства. В зависимости от характера негативных последствий, их можно разделить на три категории:

1. Воздействие гербицидов и продуктов их разложения на живые организмы (растения, животные, полезные грибы и бактерии);

2. Развитие устойчивых к гербицидам форм организмов;

3. Миграция гербицидов по пищевым цепям, попадание в организм человека с пищей, водой или воздухом.

Гербициды могут быть сплошного либо избирательного действия. Но проблема состоит в том, что не существует идеальных гербицидов, которые бы уничтожили сорняки, оставив нетронутыми сельскохозяйственные культуры и растения окружающих фитоценозов. Точечное применение ядохимикатов не оправдано экономически. Именно с этим связаны многие негативные последствия применения химических средств борьбы с сорняками.

Даже гербициды, избирательно действующие на сорняки, могут вызвать появление симптомов поражения у культурных растений. Риск поражения сельскохозяйственных культур увеличивается при использовании больших количеств ядохимикатов или при совпадении сроков обработки с прохождением растением критической стадии развития. Характер повреждения зависит от типа гербицида. Это может быть хлороз, опадание или пожелтение листьев, увядание и высыхание растений, искривление стеблей или снижение всхожести.

Сильный ветер или жаркая погода могут быть причиной того, что ядохимикаты нарушат развитие сельскохозяйственных растений на соседних участках или повредят популяциям диких растений, имеющих средообразующее или иное значение.

Гербициды оказывают угнетающее действие на почвенную микрофлору. В одном кубическом сантиметре здоровой почвы содержатся миллионы бактерий, участвующих в процессах почвообразовании. Даже если пестицидами обрабатывают зеленые части сорняков, они могут повлиять на полезные микроорганизмы, попадая в почву с корневыми выделениями или после гибели растений. Кратковременное воздействие пестицидов, вызвавшее сильное подавление почвенных бактерий, приводит к долговременным последствиям, выражающимся в изменении водного баланса почвы, уменьшении концентрации гумуса, падении интенсивности процессов фиксации азота. В результате будет запущена цепь взаимосвязанных процессов, которые лишат почву плодородия, сделают ее мертвой средой.

На одном из бальнеологических курортов, славящимся своими серными источниками, из воды вдруг стал исчезать сероводород. Оказалось, что производящие сероводород серные бактерии стали исчезать из-за применения гербицидов на окружающих курорт сельхозугодиях. После запрета на применение химических средств борьбы с сорняками в округе, насыщенность вод сероводородом восстановилась.

Сорняки вредны только в представлении человека. В природе они могут играть важную экологическую роль, что необходимо учитывать при организации борьбы с сорной растительностью. Сильное снижение встречаемости многих растений может обеднить ландшафты или привести к видовым перестройкам растительных сообществ. Уничтожение средообразующих растений может привести к развитию почвенной эрозии, изменению теплового баланса территории и т.п. Наблюдения немецких ученых показали, что интенсивное применение гербицидов на плодово-ягодных плантациях привело к обострению проблем ветровой и водной эрозии почвы.

В животном мире больше всех от гербицидов страдают птицы. Основное воздействие на них оказывают не токсические вещества, а химическое уничтожение видов растений, чьи семена были их основным кормом. То есть чрезмерное использование гербицидов нарушает естественные механизмы, ограничивающие размножения сорняков.

В результате применения некоторых гербицидов изменяются биохимические особенности растений, что может привести к массовому отравлению выпасаемого скота. К примеру, препарат 2М-4Х настолько сильно изменяет вкусовые качества лютика, что крупный рогатый скот начинает его активно поедать и гибнуть. Сейчас, естественно, запрещено выпасать скот в местах применения 2М-4Х, но никто не может запретить диким животным поедать ядовитый лютик. Противоположный эффект зафиксирован при использовании ядохимиката 2М-4ХП+2,4,5-Т в форме эфира. С его помощью невозможно уничтожить некоторые виды горца. Однако данный гербицид настолько сильно изменяет их биохимию, что листогрызущие жуки начисто уничтожают популяцию сорняка.

Обеднение видового состава растительности в местах многолетнего применения гербицидов, приводит к резкому снижению рентабельного пчеловодства. Ряд наблюдений указывает на то, что если пчела возвращается в улей с пыльцой, собранной на обработанных гербицидами растениях, то сородичи убивают ее из-за постороннего запаха. Перед подобными ульями можно найти сотни погибших пчел.

В определенных условиях возможно проникновение гербицидов в грунтовые воды, их горизонтальная миграция на значительные расстояния и попадание в источники водоснабжения.

Особое внимание должно быть уделено снижению рисков воздействия гербицидов на здоровье человека. Многие из ядохимикатов способны вызвать рак (фенокси-соединения, триазин, примеси диоксинов), привести к развитию ряда других серьезных нарушений здоровья, в частности, аллергии и болезни Паркинсона (паракват). Эти опасные вещества могут попасть в организм или на кожу человека при несоблюдении правил техники безопасности, нахождении вблизи обрабатываемых полей, употреблении продукции, в которой сохранились остаточные количества ядохимикатов.

Необходимо сказать, что влияние большинства гербицидов на человека и окружающую среду изучено очень поверхностно. Существуют диаметрально противоположные мнения по поводу потенциального риска применения многих из них. Но отсутствие доказательств негативного воздействия данных веществ еще не значит, что можно допустить их бесконтрольное применение.

Экономическое обоснование использования гербицидов должно учитывать риски снижения урожая при их передозировке или неблагоприятных погодных условиях, а также материальную оценку негативного воздействия на окружающую среду.

Снизить риск развития отрицательных последствий многолетнего использования гербицидов позволяет строгое соблюдение правил применения ядохимикатов и обязательное дополнения мер химического уничтожения сорной растительности механическими, биологическими и агротехническими приемами регулирования их количества. Гербициды – это чрезвычайно опасные ядовитые вещества, которые не терпят небрежного отношения. Многих проблем позволяет избежать отказ от использования одного и того же гербицида, или гербицидов одного класса, в течение нескольких лет на одном и том же участке.

Читайте также: