Динаміка та напрямки деструкції гербіцидів з класу сульфонілсечовин в рослинах та ґрунті

Деструкція гербіцидів з класу сульфонiлсечовин в об’єктах агроекосистем методом часопрольотної плазмово-десорбційної мас-спектрометрії. Встановлення їх екологічної придатності до використання в технологіях вирощування сільськогосподарських культур.

Рубрика Сельское, лесное хозяйство и землепользование
Вид автореферат
Язык украинский
Дата добавления 28.06.2014
Размер файла 39,0 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Файл не выбран
Обзор

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

УКРАЇНСЬКА АКАДЕМІЯ АГРАРНИХ НАУК

ІНСТИТУТ АГРОЕКОЛОГІЇ ТА БІОТЕХНОЛОГІЇ

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук: "ДИНАМІКА ТА НАПРЯМКИ ДЕСТРУКЦІЇ ГЕРБІЦИДІВ З КЛАСУ СУЛЬФОНІЛСЕЧОВИН В РОСЛИНАХ ТА ГРУНТІ"

Спеціальність - Екологія

Татарінова Валентина Іванівна

КИЇВ - 2002

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Сумському національному аграрному університеті Міністерства аграрної політики України

Науковий керівник - доктор сільськогосподарських наук, професор Кравченко Микола Сидорович,

Сумський національний аграрний університет

завідувач кафедри землеробства, агрохімії

та грунтознавства

Офіційні опоненти: доктор сільськогосподарських наук,

професор Бублик Людмила Іванівна,

Інститут захисту рослин УААН,

завідувач лабораторії аналітичної хімії

пестицидів;

доктор сільськогосподарських наук, професор Жеребко Володимир Михайлович

Національний аграрний університет,

кафедра хімічного захисту рослин

Провідна установа - Інститут ґрунтознавства та агрохімії
ім. О.Н. Соколовського УААН, м.Харків
Захист відбудеться “_18 ”___грудня_ 2002 р. о 1000 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.371.01 в Інституті агроекології та біотехнології УААН за адресою: 03143, м.Київ, вул. Метрологічна, 12.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту агроекології та біотехнології УААН за адресою: 03143, м.Київ, вул. Метрологічна, 12.

Автореферат розісланий “_12 ”___листопада_ 2002 р.

Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Заякіна Г.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. В нових умовах землекористування істотно змінюється екологічний фон агроценозів і значно зростають вимоги щодо ефективності та безпечності застосування сучасних засобів захисту рослин. Широке використання гербіцидів за суворого дотримання регламентів надає можливість значно зменшити втрати сільськогосподарської продукції від бур'янів, отримувати рік у рік стабільно високі врожаї, але їх негативний вплив на навколишнє середовище переріс в потужний постійно діючий фактор екологічного ризику.

Потенційна небезпека забруднення навколишнього середовища і продуктів харчування залежить від стійкості хімікату, що характеризується періодом його напівдеструкції (Т50). Тому, для екологічно безпечного використання гербіцидів, окрім суворого дотримання регламентів, важливим завданням є вивчення динаміки деструкції гербіцидів в різних за чутливістю рослинах та грунті в модельних умовах з метою прогнозування їх поведінки в об'єктах реальних агроекосистем і запобігання забруднення навколишнього середовища залишками гербіцидів. В зазначеному аспекті розробка нових підходів, зокрема методу часопрольотної плазмово-десорбційної мас-спектрометрії (ПДМС), до вивчення шляхiв та динамiки деструкції сульфонілсечовин в культурних рослинах, бур'янах і грунтах є дуже актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема досліджень є складовою частиною науково-дослідної роботи, що проводиться протягом останніх років на кафедрі землеробства, агрохімії та грунтознавства СНАУ і в рамках проекту “М'якоіонізаційна мас-спектрометрія в агробіології” (грант Міжнародного Наукового Фонду № QSU084219, 1998 р.; керівник к.б.н., Чіванов В.Д.).
Мета дослiджень полягала у вивченні шляхiв та динамiки деструкції гербiцидiв з класу сульфонiлсечовин в об'єктах агроекосистем методом часопрольотної плазмово-десорбційної мас-спектрометрії (ПДМС) для встановлення їх екологічної придатності до використання в технологіях вирощування сільськогосподарських культур та одержання якісної продукції рослинництва.
Для реалізації мети вирішувались наступні завдання:
розробити нові аспекти використання вітчизняного приладу (мас-спектрометра біохімічного “МСБХ”, ВАТ SELMI, Суми) для аналізу гербіцидів з класу сульфонілсечовин в об'єктах агроекосистем на основі

сучасного фізико-хімічного методу дослідження - часопрольотної плазмово-десорбційної мас-спектрометрії (ПДМС);

на основі мас-спектрометричного методу розробити модельні системи для прогнозування кінетичних параметрів деструкції сульфонілсечовин в тканинах культурних рослин та бур'янів, а також різних типів грунтів, характерних для північно-східного Лісостепу України;
визначити швидкість деструкції гербiцидiв на основi сульфонiлсечовини в модельних та польових умовах в об'єктах агроекосистем;
встановити екологічну придатність гербіцидів з класу сульфонілсечовин, на основі дослідження динаміки їх деструкції в рослинах та грунті, до використання в технологіях вирощування сільськогосподарських культур і одержання якісної продукції рослинництва.

Об'єкт дослідження - використання ПДМС для обгрунтування екологічно безпечного використання гербіцидів з класу сульфонілсечовин шляхом прогнозування їх поведінки в об'єктах агроекосистем з метою запобігання забруднення навколишнього середовища і одержання якісної сільськогосподарської продукції.

Предмет дослідження - динаміка деструкції сульфонілсечовин в тканинах сільськогосподарських рослин і бур'янів, грунтах різних типів, характерних для північно-східного Лісостепу України.

Методи дослідження. Аналіз гербіцидів з групи сульфонілсечовин в тканинах рослин та грунтах проводили методом часопрольотної плазмово-десорбційної мас-спектрометрії (ПДМС) з використанням вітчизняного приладу (мас-спектрометра біохімічного “МСБХ”, ВАТ SELMI, Суми).

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше розроблені нові аспекти використання вітчизняного приладу (мас-спектрометра біохімічного “МСБХ”, ВАТ SELMI, Суми) для аналізу термолабільних, високополярних і нелетючих гербіцидів з класу сульфонілсечовин з використанням сучасного фізико-хімічного методу дослідження - часопрольотної плазмово десорбційної мас-спектрометрії (ПДМС). Вивчені шляхи та динамiка деструкції гербiцидiв на основi сульфонiлсечовин в об'єктах агроекосистем. Визначено константи швидкості деструкції деяких гербіцидів з групи сульфонілсечовин в грунті.

Практичне значення одержаних результатів. В дисертаційній роботі вперше розроблені практичні засади використання плазмово-десорбційної мас-спектрометрії в якості фізико-хімічного методу для

визначення діючих речовин гербіцидів з групи сульфонілсечовин в рослинних тканинах та грунтах; для побудови модельних систем прогнозування кінетичних параметрів деструкції сульфонілсечовин в тканинах культурних рослин і бур'янів, різних типів грунтів північно-східного Лісостепу України. На основі ПДМС розроблений комплекс лабораторних експрес-методик для отримання даних прогностичного характеру щодо швидкості деструкції молекул діючих речовин гербіцидів з групи сульфонілсечовин в тканинах культурних рослин і бур'янів, а також грунтах різних типів. Це є підставою для проведення скринінгу рівня гербіцидної активності препаратів з групи сульфонілсечовин щодо культурних рослин та бур'янів в умовах певних агроекосистем.

Результати досліджень використані при роботі в рамках проекту “М'якоіонізаційна мас-спектрометрія в агробіології” (грант Міжнародного Наукового Фонду № QSU084219, 1998 р.; керівник к.б.н., Чіванов В.Д.).

Особистий внесок здобувача. Проведені польові та лабораторні дослідження, розроблені методики аналізу гербіцидів мас-спектрометричними методами. Результати експерименту піддані аналізу та статистичній обробці на ЕОМ. Висновки зроблені особисто здобувачем.

Апробація роботи. Основні результати дослідження було викладено на науковій конференції "Напрямки підвищення продуктивності та якості сільськогосподарської продукції" (Суми, 1995), на Міжнародному симпозіумі "Агроекологічні і економічні проблеми хімізації АПК України" (Умань, 1997), науково-виробничій конференції “Оптимізація структури агроландшафтів і раціонального використання ґрунтових ресурсів” (Київ, 2000), 14th International Mass Spectrometry Conference, (Tampere Finland, 1997), на річних наукових конференціях Сумського національного аграрного університету (Суми, 1998-2002).

Публікація результатів досліджень. За результатами досліджень опубліковано 9 наукових праць, з яких 7 у фахових виданнях.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота викладена на 135 сторінках комп'ютерного набору, ілюстрована 3 таблицями, 37 рисунками і складається з вступної частини, огляду літератури, двох розділів експериментальної частини, заключення, висновків та списку використаної літератури з 197 джерел, у тому числі 86 зарубіжних авторів.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі дисертаційної роботи “Огляд літератури”, на основі аналізу наукової літератури обгрунтовано підвищення значущості в агроекологічному аспекті високоефективних гербіцидів на основі сульфонілсечовин, які характеризуються низькими дозами внесення, різко вираженою вибірковістю дії як до бур'янів, так і до культурних рослин, малою токсичністю для людини та теплокровних тварин. Більшість сульфонілсечовин належать до низькоперсистентних гербіцидів, проте значно відрізняються між собою за швидкістю детоксикації в грунті. На швидкість деструкції гербіцидів даного класу впливають зовнішні чинники: температура, вологість, кислотність грунту, вміст органічної речовини, інтенсивність мікробіологічних процесів тощо. Сульфонілсечовини слабо сорбуються ґрунтовим комплексом і досить рухомі в грунтах. Певним представникам із групи сульфонілсечовин, зокрема хлорсульфурону, притаманна здатність пригнічувати ріст культурних рослин в наступні роки після використання. Тому дуже важливим завданням є визначення шляхів перетворення гербіцидів в об'єктах навколишнього середовища, прогнозування екологічного ризику їх застосування в умовах конкретних агроекосистем.

Другий розділ дисертаційної роботи “Експериментальна частина” складається з таких підрозділів.

Умови та методика проведення досліджень. Дисертаційна робота виконувалась в 1994-2001 р.р. на кафедрі землеробства, агрохімії та грунтознавства СНАУ і на дослідному полі СНАУ. Біохімічні аналізи проведені дисертантом на кафедрі захисту рослин СНАУ і в лабораторії мас-спектрометрії відділу біофізики Інституту прикладної фізики Національної Академії Наук України, Суми. Усього протягом 1994-2001 р.р. дисертантом проаналізовано 1500 зразків. Сульфонілсечовини в зразках рослинних тканин та грунтів визначали за допомогою як загальноприйнятих, так і оригінальних, розроблених за участю дисертанта, методик на основі м'якоіонізаційної мас-спектрометрії: часопрольотної плазмово-десорбційної мас-спектрометрії з іонізацією осколками розподілу 252Cf (ПДМС) (мас-спектрометр біологічний “МСБХ”, ВАТ SELMI, Україна).
У процесі аналізу отриманих експериментальних даних застосовували теоретичні положення та відомі закономірності: кінетики міграції хімічних елементів в екосистемах (Перельман А.І., Кавецький В.М., Бублик Л.І.); екотоксикологічної класифікації полютантів (Васильєв В.П., Бублик Л.І., Кавецький В.М.).

Статистичну обробку експериментального матеріалу проводили на основі пакетів Statistica v.5.11 for WIN95/NT і S-PLUS v.4.5 Pro, для побудови графічних компонентів використовували пакети Sigma Plot 4.01 for WIN95/NT та Curve Expert.

Використання ПДМС для аналізу сульфонілсечовинних гербіцидів в об'єктах агроекосистем. Наведені нові аспекти використання вітчизняного приладу (мас-спектрометра біохімічного “МСБХ”, ВАТ SELMI, Суми) для аналізу термолабільних, високополярних і нелетючих гербіцидів з класу сульфонілсечовин з використанням сучасного фізико-хімічного методу дослідження - часопрольотної плазмово десорбційної мас-спектрометрії (ПДМС) безпосередньо в природних, несинтетичних матрицях (біоматрицях) - висушених гомогенатах та водних/органiчних екстрактах рослинних тканин.

На рис. 1 i 2 наведенi типовi мас-спектри хлорсульфурону (1) та метсульфурон-метилу (2), знятi при позитивних та негативних прискорюючих напругах (Uприс.). Змiна Uприс. дає змогу отримати iнформацiю про масу позитивно та негативно заряжених КМI нативних препаратiв та продуктiв їх модифiкацiї.

Порiвняння мас отриманих пiкiв КМI (1) i (2) з теоретично можливими показало, що в мас-спектрах як (1), так i (2) наявнi, поруч з КМI iнтактних молекул [М 1(2) +Н]+ з m/z 382,2 та 358,8, (де М-(1) або (2) вiдповiдно), КМI продуктiв, якi утворюються при гiдролiтичній деструкції (1) та (2), зокрема 2-амiно-4- метоксi-6-метил-1,3,5-триазина з m/z 141,0 та iнших похiдних з m/z 168,1; 200,3 та iн. (рис.1, 2).

Характерно, що напрямок фрагментацiї (1) i (2) в умовах ПДМС експериментiв спiвпадає з хiмiчною/ферментативною гiдролiтичною деструкцiєю даних препаратiв у природних умовах. Таким чином, ПДМС є перспективним фiзико-хiмiчним методом одночасного експрес-визначення гербiцидiв з класу сульфонiлсечовин та їх метаболiтiв в бiоматрицях: висушених неочищених гомогенатах або водних/органiчних екстрактах з рослинних тканин.

Масові спiввiдношення “гербіцид : сумарнi компоненти бiоматриць” можуть варіювати вiд 1:100 до 1:1000 i бiльше. Межа визначення метсульфурон-метилу та хлорсульфурону методом ПДМС - 0,1- 0,5 мкг в зразку.

Динаміка деструкції метсуьфурон-метилу в культурних рослинах і бур'янах. Проведенi дослiдження по визначенню ступеня гербiцидної активностi хiмiчних сполук з класу сульфонiлсечовин по вiдношенню до злакових та широколистяних рослин рiзних видiв, виходячи з аналiзу мас-спектрiв модельних iнкубацiйних сумiшей, що мiстять гомогенати з рослинних тканин та сполуки, які підлягають дослідженню. Поскiльки ступiнь гербiцидної дiї сульфонiлсечовин на рослини визначається швидкiстю ферментативної та хiмiчної деструкцiї препаратiв в рослинних тканинах, причому остання безпосередньо пов'язана з видовим складом рослин, метою дослiдження було проведення експериментiв в рамках розробки методу експрес-скринiнгу стiйкостi рослин рiзних видiв до сульфонiлсечовин в модельних системах (гомогенатах, одержаних з рослинних тканин) на основi якiсного та напiвкiлькiсного аналiзу продуктiв ферментативної/хiмiчної деструкцiї препаратiв як функцiї вiд часу iнкубацiї.

В даний час оцiнку ступеня стiйкостi рослин рiзних видiв по вiдношенню до гербiцидiв класу сульфонiлсечовин в модельних системах проводять на основi вимiрювання активностi ацетолактатсинтази, яку iнгiбують сульфонiлсечовини.

В наших дослiдженнях використаний iнший пiдхiд, який базується на прямому спостереженнi динамiки накопичення в модельнiй iнкубацiйнiй сумiшi, що містить неочищений гомогенат з рослинних тканин та аліквоту гербiциду, продуктiв ферментативного/хiмiчного розпаду останнього.

Теоретичним обгрунтуванням адекватностi такого пiдходу виявились, з одного боку, обширнi лiтературнi данi, що показують перевагу гiдролiтичних та окислювальних процесiв в деструкцiї сульфонiлсечовин як в бiооб'єктах, так i в об'єктах навколишнього середовища при зниженому рН i пiдвищенiй вологостi, а також роботи, в яких показано рiзними методами, в тому числi i мас-спектрометричними, активне утворення кон'югатiв сульфонiлсечовин з бiомолекулами: вуглеводами, глютатiоном та iн.

Інтенсивність цих процесiв, що визначає залежний вiд видового складу рослин феномен стiйкостi (або чутливостi) до гербiцидiв з класу сульфонiлсечовин, може бути опосередковано вiдображений в наборi i кiлькiсному вмiстi продуктiв деструкцiї препарату, якi швидко i достовiрно фiксуються ПДМС в неочищених гомогенатах (бiоматрицях).

В гомогенатах з чутливих щодо (2) широколистяних рослин кульбаби лікарської та кропиви дводомної набір піків КМІ, характерний для даного гербіциду не зазнав суттєвих змін протягом інкубації. В той же час інкубація (2) з гомогенатом, отриманим з пшениці - рослини, стійкої щодо сульфонілсечовин, призвела, на відміну від попередніх експериментів, до повного зникнення протягом 8 годин інкубації зазначених піків КМІ, притаманних (2).

Одночасно різко зросла інтенсивність піків КМІ, які відповідають гідролітичним фрагментам молекули гербіциду з m/z 141,0; 168,1 і 200. Характерно, що в мас-спектрах з'являлись відсутні в контролі пікі КМІ з m/z 398,0 та 560,1. Молекулярні маси “нових” піків співпадають з масами оксипохідних метсульфурон-метилу та кон'югату діючої речовини з глюкозою, які є метаболітами - продуктами ферментативної детоксикації, характерної для рослин, стійких щодо сульфонілсечовин.

Досліди з гомогенатами, отриманими із злакового бур'яна - пирію повзучого, виявились дещо неоднозначними. По закінченні інкубації в біоматриці спостерігали достовірне підвищення інтенсивності фрагментних іонів - продуктів гідролітичної деструкції (2) з m/z 141,0; 168,1 та 200,1, яке співвідносилось з деяким зниженням інтенсивності КМІ, що відповідають нативному препаратові та його каліймістким комплексам. В той же час, в мас-спектрах знайдені продукти ферментативної деструкції, які активно функціонують в культурних злакових рослинах.

Таким чином, на основі мас-спектрів ПДМС модельних систем (біоматриць), до складу яких входять гомогенати з рослин, які відрізняються за стійкістю до гербіцидів з класу сульфонілсечовин, та зазначені гербіциди, можна зробити достовірні висновки щодо ступеня чутливості рослин певних видів до сульфонілсечовин. Висновки базуються на кінетичних параметрах динаміки деструкції молекул діючих речовин гербіцидів в гомогенатах та відповідно параметрах динаміки накопичення продуктів деструкції або біокон'югатів гербіцидів з біомолекулами рослин. Останній показник нерозривно пов'язаний з рівнем функціонування рослинних ферментних систем деструкції ксенобіотиків шляхом їх хімічної модифікації і визначає, нарешті, ступінь видової стійкості рослин щодо сульфонілсечовин.

За результатами досліджень побудований ряд стійкості рослин різних видів щодо метсульфурон-метилу (2): пшениця > пирій повзучий >> кропива дводомна > кульбаба лікарська, який задовільно співвідноситься з літературними джерелами.

Динаміка деструкції діючих речовин сульфонілсечовинних препаратів в грунтах. Серед численних переваг гербіцидів класу сульфонілсечовин особливе місце належить їх здатності дуже швидко розкладатися в грунтах з утворенням малотоксичних залишків. Але в останній час з'явились роботи, автори яких стверджують, що сульфонілсечовинним гербіцидам також притаманна більш або менш виражена фітотоксична дія. Остання може бути обумовлена тільки тим, що частина молекул діючої речовини гербіциду залишається нативною і не піддається деструкції протягом 8-10 місяців.

Результатами досліджень було показано, що кінетичні параметри хімічної та мікробіологічної деструкції сульфонілсечовин в ґрунті залежать від показника кислотності середовища - в кислих ґрунтах при достатній кількості вологи ці гербіциди руйнуються досить швидко (до 1 тижня). Навпаки, в лужних ґрунтах (рН>7) гідролітична деструкція перебігає повільно (до 80 тижнів і більше) і нативні сульфонілсечовини можуть виявляти фітотоксичний ефект навіть протягом майбутнього вегетаційного сезону, якщо в сівозміні злакові культури є попередниками дводольних.

Приймаючи до уваги вищенаведене, нами проведено дослідження динаміки деструкції гербіцидів з групи сульфонілсечовин (Хармоні, Гранстар, Ковбой, Тітус) у грунтах Сумської області з метою експрес-прогнозування можливої фітотоксичної дії сульфонілсечовин та встановлення придатності в екологічному аспекті зазначених гербіцидів до використання в умовах конкретних господарств.

Визначали час напівдеструкції (Т50) молекул сульфонілсечовин у грунтах у модельних системах графічним шляхом з метою прогнозування терміну гербіцидної дії препарату.

В першій серії експериментів нами одержані мас-спектри ПДМС гербіцидів Ковбой, Гранстар, Тітус і Хармоні у вигляді препаративних форм. Діючі речовини досліджених препаратів - хлорсульфурон (молекулярна маса 357,8 а.о.м.); трибенурон-метил (молекулярна маса 395,4 а.о.м.); римсульфурон (молекулярна маса 431,5 а.о.м.); тіаметурон (молекулярна маса 387,4 а.о.м.) відповідно. Діючі речовини всіх сульфонілсечовин утворюють інтенсивні піки квазимолекулярних іонів (КМІ) типу [M+H]+. Як відомо, одним з шляхів деструкції сульфонілсечовин є гідроліз у водному середовищі, причому цей процес тим інтенсивніший, чим менше показник активної кислотності ґрунтів (рН). Мас-спектрометрія ПДМС досить адекватно відображає наявність перебігу та деякі кінетичні параметри цього процесу.

В мас-спектрах досліджених гербіцидів Ковбой, Гранстар, Тітус і Хармоні, підданих 5-хвилинному гідролізу при температурі 40оС, рН 2,1, інтенсивні піки КМІ, що відповідають нативним молекулам сульфонілсечовин зникають і натомість з'являються піки фрагментних КМІ, причому ці піки відповідають саме продуктам хімічних перетворень, а не є фрагментами, типовими для мас-спектрометрії, як методу дослідження. Вище наведені мас-спектри, що відповідають гідролізу в модельному середовищі метсульфурон-метилу (метил-2 { [ (4-метокси -6- метил -1,3,5- триазин -2-іл) амінокарбоніл] аміносульфоніл} бензоат), (молекулярна маса 382 а.о.м.). Легко побачити, що за досить незначний час молекули діючої речовини гербіциду розкладаються з утворенням гідролітичних фрагментів з молекулярними масами 141; 168 і 200 а.о.м., хімічна структура яких добре відома. гербіцид сільськогосподарський агроекосистема вирощування

В наступній серії дослідів ми піддали аналізу кінетику деструкції гербіцидів Ковбой, Гранстар, Тітус і Хармоні в зразках ґрунтів: дерново-сильнопідзолистому супіщаному (рН 4,5); світло-сірому, опідзоленому, легко-суглинковому (рН 5,2 рН) і чорноземі типовому малогумусному глибокому середньосуглинковому (рН 6,6), відібраних у господарствах Сумської області (Роменський і Кролевецький райони).

Висновки щодо ступеня перебігу деструкції з часом робили, спираючись на інтенсивність (висоту) піків КМІ, що відповідають сульфонілсечовинам. Ступінь деструкції діючої речовини гербіциду в значній мірі залежить від двох чинників - наявності ґрунтової мікрофлори (нестерилізований ґрунт) та кислотності ґрунту (показник рН). Сумарний ефект дії зазначених двох чинників обумовлює швидку деструкцію сульфонілсечовин у ґрунті.

Проте, потрібно відмітити, що в сильнокислих ґрунтах питома вага ґрунтової мікрофлори в сумарному ефекті деструкції діючої речовини значно менша, аніж у лужних ґрунтах. Загальноприйнятим поясненням цього є те, що в стерилізованому ґрунті перебігає хімічний гідроліз, який значно інтенсивніший в кислому середовищі.

Математична обробка результатів експериментів показала, що розпад хлорсульфурону в грунтах відбувається за експоненціальною моделлю.

Значення часу напівдеструкції (Т50) та константи швидкості деструкції діючих речовин сульфонілсечовин (k, тижні-1; доби-1) в грунтах наведені на в табл. 1.

Таблиця 1. Кінетичні показники деструкції сульфонілсечовин в грунтах різного ступеня кислотності

Гербіцид

Показ-ник кислот-ності грунту, рН

T50, тижні

T50, доби

k, тижні-1

k, доби-1

Ковбой

4,5

1,30

9,10

0,53

0,07

5,2

1,86

13,02

0,37

0,05

6,6

2,64

18,48

0,26

0,03

Гранстар

4,5

0,45

3,15

1,54

0,22

5,2

0,70

4,95

0,99

0,14

6,6

1,48

10,36

0,46

0,06

Тітус

4,5

0,33

2,31

2,11

0,30

5,2

0,41

2,87

1,69

0,21

6,6

0,57

3,99

1,21

0,17

Хармоні

4,5

0,25

1,75

2,72

0,38

5,2

0,52

3,64

1,33

0,19

6,6

0,71

4,97

0,97

0,13

Модельні довгострокові експерименти показали, що найбільша швидкість деструкції притаманна препаратам Хармоні і Тітус: час напівдеструкції для стерилізованого і нестерилізованого ґрунтів найменший. За Хармоні і Тітусом в порядку збільшення часу напівдеструкції йдуть Гранстар і Ковбой (рис.4).

Значення констант деструкції сульфонілсечовин, отримані нами в модельних системах задовільно співвідносяться з відповідними параметрами, отриманими Піскуновою Л.Е., 2002.

Таким чином: 1) розроблена модельна система для прогнозування кінетичних параметрів деструкції сульфонілсечовин в ґрунтах, яка базується на використанні м'якоіонізаційної часопрольотної плазмово-десорбційної мас-спектрометрії (ПДМС); 2) показано, що швидка деструкція сульфонілсечовин в ґрунті є сумарним ефектом дії двох чинників - наявності ґрунтової мікрофлори та кислотності ґрунту; 3) встановлено, що одним з основних шляхів хімічної / ферментативної деструкції сульфонілсечовин є гідроліз у водному середовищі, причому цей процес тим інтенсивніший, чим меншим є показник активної кислотності ґрунтів (рН); 4) піддані аналізу кінетичні параметри деструкції гербіцидів Ковбой, Гранстар, Тітус і Хармоні в зразках ґрунтів: дерново-сильнопідзолистому супіщаному (рН 4,5); світло-сірому, опідзоленому, легко-суглинковому (рН 5,2 рН) і чорноземі типовому малогумусному глибокому середньосуглинковому (рН 6,6), відібраних у деяких господарствах Сумської області (Роменський і Кролевецький райони); 5) встановлено, що найбільша швидкість деструкції (і відповідно найменший час напівдеструкції (Т50) притаманні гербіцидам Хармоні і Тітус, далі, в порядку збільшення часу напівдеструкції, йдуть Гранстар і Ковбой. Сучасні гербіциди з групи сульфонілсечовин (Хармоні, Тітус, Гранстар і Ковбой) при застосуванні на грунтах північно-східного Лісостепу України, за дотримання регламентів, не виявляють суттєвої небезпеки і можливого фітотоксичного ефекту відносно сільськогосподарських культур.

ВИСНОВКИ

Розроблені нові аспекти використання вітчизняного приладу (мас-спектрометра біохімічного “МСБХ”, ВАТ SELMI, Суми) для аналізу гербіцидів з класу сульфонілсечовин на основі сучасного фізико-хімічного методу дослідження - часопрольотної плазмово-десорбційної мас-спектрометрії (ПДМС) для прогнозування їх поведінки в об'єктах агроекосистем з метою запобігання забруднення навколишнього середовища і отримання якісної сільськогосподарської продукції.

Встановлено, що ПДМС є досить перспективним в цілях ідентифікації та експрес-визначення гербицидів класу сульфонилсечовин безпосередньо в неочищених екстрактах з рослинних тканин.

Доведено, що ПДМС дає змогу в модельних дослідах отримати орієнтовні дані прогностичного характеру щодо рівня стійкості (і опосередковано про тривалість дії) певних діючих речовин гербіцидів з групи сульфонілсечовин як в чистому вигляді, так і у складі препаративних форм, в робочих розчинах і об'єктах довкілля.

Показано існування тісного позитивного корелятивного зв'язку (r=0,84-0,92) між інтенсивністю гідролітичної деструкції сульфонілсечовин в модельних умовах та швидкістю метаболічної деструкції сульфонілсечовин у тканинах рослин, різних за стійкістю до гербіцидів цієї групи. Останнє дозволяє проводити скринінг гербіцидної активності препаратів з групи сульфонілсечовин щодо культурних рослин та бур'янів.

Виходячи з величин порівняльної стійкості діючих речовин гербіцидів Гранстар, Хармоні і Тітус до гідролітичної деструкції як в модельних системах, так і в рослинних тканинах, доведено, що їх можна розташувати у порядку зменшення так: Хармоні >> Тітус > Гранстар. Тобто, наибільша стійкість в умовах агроекологічних систем притаманна Хармоні (д.р. тіаметурон), значно менш стійкі Тітус (д.р. римсульфурон) та Гранстар (д.р. трибенурон-метил).

На основі методу ПДМС розроблена модельна система для прогнозування кінетичних параметрів деструкції сульфонілсечовин в дерново-підзолистих, сірих опідзолених і чорноземних грунтах північно-східного Лісостепу України.

Експериментально доведено, що швидкість деструкції сульфонілсечовин, різко знижується при використання гербіцидів цієї групи на лужних грунтах у поєднанні зі зниженими рівнями вологості та температури протягом вегетації.

Встановлена екологічна придатність гербіцидів з групи сульфонілсечовин (Гранстар, Хармоні, Тітус) на основі результатів досліджень динаміки деструкції в рослинах та грунті до використання в технологіях вирощування сільськогосподарських культур і одержання якісної продукції рослинництва.

РЕКОМЕНДАЦІЇ

Сільськогосподарському виробництву:

рекомендуємо використовувати вітчизняний прилад (мас-спектрометр біохімічний “МСБХ”, ВАТ SELMI, Суми) для експрес-визначення нелетючих, термолабільних пестицидів в об'єктах агроекосистем та прогнозування швидкості деструкції гербіцидів з класу сульфонілсечовин в грунтах різних типів з метою попередження залишкового фітотоксичного ефекту;

рекомендуємо використовувати вітчизняний прилад (мас-спектрометр біохімічний “МСБХ”, ВАТ SELMI, Суми) в умовах спеціалізованих НДІ агроекологічного профілю для вивчення параметрів деструкції нових гербіцидів з групи сульфонілсечовин в культурних рослинах та бур'янах;

рекомендуємо господарствам використовувати на дерново-підзолистих, сірих опідзолених і чорноземних грунтах північно-східного Лісостепу України високоефективні і екологічно безпечні гербіциди з класу сульфонілсечовин.

Отримані в рамках дисертаційної роботи результати можуть бути використані при:

розробці і впровадженні комплексних планів розвитку рослинництва Лісостепової зони в аспекті запобігання ксенобіотичного забруднення агроекологічних систем;

прогнозуванні швидкості деструкції гербіцидів на основі сульфонілсечовин в грунтах, характерних для північно-східного Лісостепу України;

у вищих навчальних закладах в курсах загальної екології й агроекології, фізіології і біохімії сільськогосподарських рослин, селекції і насінництва, фітопатології й імунітету рослин, технології переробки продукції рослинництва.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Татарінова В.І. Порівняльне дослідження динаміки деструкції гербіцидів Гранстару, Хармоні і Тітусу злаковими та дводольними рослинами // Вісник Сумського СГІ. - 1997. - Вип.1. - С.51-53.

Татарінова В.І. Вивчення інтенсивності метаболічного розкладу гербіцидів з класу сульфонілсечовин в тканинах культурних рослин та бур'янів мас-спектрометричним методом // Вісник Сумського ДАУ. - 1998. - Вип.2. - С.68-70.

Татарінова В.І. Випробування гербіцидів // Захист рослин. -1998. - № 12. - С. 19.

Татарінова В.І. Новий мас-спектрометричний метод для дослідження динаміки деструкції гербіцидів з групи сульфонілсечовин у ґрунтах in vitro // Вісник Сумського ДАУ. - 2000. - Вип.4. - С.247-256.

Кравченко М.С., Татарінова В.І. Агробіологічна оцінка “Хармоні” в посівах кукурудзи // Вісник Сумського ДАУ. - 1997. - Вип.1. - С.34-35. (Проведення польових досліджень, участь в проведенні лабораторних досліджень, узагальненні та аналізі експериментальних даних, формулюванні висновків і пропозицій).

Кравченко М.С., Данько С.І., Татарінова В.І. Крос і Ковбой. Високий ефект за мінімальних витрат // Захист рослин. - 1997. - №2. - С. 6. (Узагальнення та аналіз експериментальних даних, проведення розрахунків, формулювання висновків).

Татарінова В.І. Дослідження динаміки деструкції гербіциду “Ковбой” в ґрунтах господарств Сумської області // Матеріали наук.-вироб. конф. “Оптимізація структури агроландшафтів і раціонального використання грунтових ресурсів”. - Київ, 2000. - С.54-56.

Татарінова В.І., Чіванов В.Д. Фізико-хімічний метод проведення скринінгу стійкості культурних рослин та бур'янів до гербіцидів класу сульфонілсечовин в модельних системах // Матеріали міжн. Симп. “Агроекологічні та економічні проблеми хімізації АПК України”. - Умань.1997. - С.251-253. (Участь у проведенні досліджень, узагальненні та аналізі експериментальних даних, формулюванні висновків і пропозицій).

Чиванов В.Д., Кравченко Н.С., Мишнев А.К., Татаринова В.И. и др. Применение времяпролетной плазменно-десорбционной масс-спектрометрии для определения гербицидов класса сульфонилмочевин в биоматрицах // Журн. аналит. химии (Россия).-1997.-Т.52, № 5.-С.547-551. (Проведення польових досліджень, участь в проведенні лабораторних досліджень, узагальненні та аналізі експериментальних даних, проведенні розрахунків та формулюванні висновків).

АНОТАЦІЇ

Татарінова В.І. Динаміка та напрямки деструкції гербіцидів з класу сульфонілсечовин в рослинах та грунті. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук за спеціальністю 03.00.16 - екологія. - Інститут агроекології та біотехнології УААН, Київ, 2002.

В дисертаційній роботі розроблені практичні засади використання плазмово-десорбційної мас-спектрометрії (ПДМС) як новітнього фізико-хімічного методу для ідентифікації та визначення діючих речовин гербіцидів з групи сульфонілсечовин в рослинних тканинах та грунтах; для побудови модельних систем прогнозування кінетичних параметрів деструкції сульфонілсечовин в тканинах культурних рослин і бур'янів, а також різних типів грунтів північно-східного Лісостепу України. З використанням вітчизняного приладу - мас-спектрометра біохімічного “МСБХ” (ВАТ SELMI, Суми, Україна), експериментально визначені кінетичні параметри метаболiзму сульфонілсечовинних гербiцидiв в модельних та польових умовах на головних сiльськогосподарських культурах та бур'янах, а також часи напівдеструкції (Т50) їх в грунтах, найбiльш типових для Сумської областi. Зазначені дослідження динаміки метаболізму та деструкції сульфонілсечовин в рослинах і грунтах послугували підставою для встановлення придатності в екологічному аспекті гербіцидів з групи сульфонілсечовин (Хармоні, Тітус, Гранстар, Ковбой) до використання в технологіях вирощування сільськогосподарських культур і одержання якісної продукції рослинництва.

Ключові слова: гербіциди, сульфонілсечовини, кінетика деструкції, мас-спектрометрія, грунти, культурні рослини, бур'яни.

Татаринова В.И. Динамика и пути деструкции гербицидов из класса сульфонилмочевин в растениях и почве. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук по специальности 03.00.16 - экология. - Институт агроэкологии и биотехнологии УААН, Киев, 2002.

Предметом диссертационной работы явилось изучение динамики деструкции гербицидов из группы сульфонилмочевин (Гранстар, Хармони, Титус, Ковбой) в тканях важнейших культурных (пшеница, кукуруза) и сорных двудольных и однодольных растений, а также почвах различных типов, характерных для северо-восточной Лесостепи Украины посредством современного физико-химического метода исследования - времяпролетной плазменно-десорбционной масс-спектрометрии (ПДМС). Данный метод позволяет проводить идентификацию и экспресс-определение сульфонилмочевинных гербицидов непосредственно в неочищенных экстрактах из растительных тканей и вытяжках из почвы. ПДМС предоставляет возможность получить в модельных экспериментах данные прогностического характера относительно уровня устойчивости и продолжительности биоцидной активности действующих веществ гербицидов в компонентах агроэкосистем. Показано существование тесной положительной корреляции (r=0,84-0,92) между интенсивностью гидролитической деструкции сульфонилмочевин в модельных условиях и скоростью метаболической деструкции сульфонилмочевин в тканях растений, различающихся по чувствительности к гербицидам этой группы. Последняя явилась методическим обоснованием для разработки метода физико-химического скрининга гербицидной активности препаратов из группы сульфонилмочевин по отношению к культурным растениям и сорнякам. Экспериментально установлено что, исходя из абсолютных величин устойчивости гербицидов Гранстар, Хармони и Титус к гидролитической деструкции как в модельных системах, так и непосредственно в растительных тканях, указанные гербициды могут быть ранжированы по убывающей таким образом: Хармони >> Титус > Гранстар. Таким образом, наивысшей устойчивостью в условиях агроэкологических систем характеризуется Хармони (д.в. тиаметурон), значительно менее устойчивы гербициды Титус (д.в. римсульфурон) и Гранстар (д.в. трибенурон-метил). Разработана прогностическая скрининг-методика на основе масс-спектрометрического анализа модельных систем (биоматриц), в состав которых входят д.в. сульфонилмочевинных гербицидов и гомогенаты растений, позволяющая установить степень устойчивости данных растений по отношению к гербицидам. Указанный параметр вытекает из кинетических параметров деструкции молекул действующих веществ гербицидов в биоматрицах и соответственно параметров динамики накопления продуктов деструкции или биоконъюгатов гербицидов с биомолекулами растений, отслеживаемых посредством масс-спектрометрии. По результатам исследований построен ряд устойчивости растений различных видов к метсульфурон-метилу: пшеница > пырей ползучий >> крапива двудомная > одуванчик лекарственный. На основе ПДМС разработана модельная система для прогнозирования кинетических параметров деструкции сульфонилмочевин в почвах определенного химического состава и кислотности. Доказано, что скорость деструкции сульфонилмочевин резко снижается при условии использования гербицидов этой группы на щелочных почвах, в особенности в условиях вегетации, характеризующихся пониженными уровнями влажности и среднесуточной температуры. Наивысшая скорость деструкции в почве, и соответственно наименьшее время полудеструкции Т50, присуще гербицидам Хармони и Титусу. Далее в порядке увеличения Т50 располагаются Гранстар и Ковбой (д.в. хлорсульфурон). Прикладная значимость диссертационной работы заключается в разработанных рекомендациях производству (масс-спектрометрические методы прогнозирования скорости деструкции сульфонилмочевин в почвах различных типов с целью предупреждения остаточного фитотоксического еффекта и прогнозирования устойчивости культурных растений и сорняков к гербицидам указанной группы.

Ключевые слова: гербициды, сульфонилмочевины, кинетика деструкции, масс-спектрометрия, почвы, культурные растения, сорняки.

Tatarinova V.А. Dynamics and ways of destruction of the sulfonylureas herbicides in plants and soil. - Manuscript.

Dissertation for acquirement the master's degree on the specialized field 03.00.16 - ecology. - Institute for Agroecology and Biotechnology UAAS, Кyiv, 2002.

In the dissertation thesis the plasma desorption mass spectrometry (PDMS) as newest physico-chemical method for identification and estimation of active substances of sulfonylureas herbicides in plant tissues and soils has been characterized. The method is used for construction of modelling systems for forecasting of the parameters of destruction sulfonylureas in crops and weeds, and also soils of the certain chemical structure and acidity, typical of Northeast Ukraine. The kinetic parameters of sulfonylureas' metabolism in modelling and field conditions in the tissues of crops and weeds, and also times “half destruction” (Т50) them in soils, most typical for the Sumy area are experimentally determined by means ukrainian biochemical mass spectrometer “MSBX”, SELMI, Sumy, Ukraine. These evaluation of metabolic rates and rates of destruction sulfonylureas in plant tissues and solis became a basis for an establishment of suitability some sulfonylureas herbicides (Harmony, Titus, Granstar, Cowboy) to use in ecologically clean technologies of crop production.

Key words: herbicides, sulfonylureas, kinetics of destruction, mass spectrometry, soils, crops, weeds.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.