Размещено на http://www.allbest.ru/

ДНІПРОПЕТРОВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

03.00.16 - екологія

ЗАСОБИ ХІМІЧНОГО ЗАХИСТУ КУЛЬТУРБІОГЕОЦЕНОЗІВ

ЯК ЕКОЛОГІЧНИЙ ФАКТОР

(ДІЯ, ОПТИМІЗАЦІЯ, СТІЙКІСТЬ, ПРОДУКТИВНІСТЬ)

ПОЛЄВА ЮЛІЯ ЛЬВІВНА

Дніпропетровськ - 2004

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в НДІ біології Дніпропетровського національного університету

Науковий керівник:

доктор біологічних наук, професор

Вінниченко Олександр Миколайович, Дніпропетровський національний університет, кафедра фізіології рослин та екології,

завідуючий.

Офіційні опоненти:

доктор біологічних наук, старший науковий співробітник

Заіменко Наталія Василівна, Національний ботанічний сад ім. М.М. Гришка, провідний науковий співробітник;

кандидат біологічних наук, Лоза Ірина Михайлівна,

Дніпропетровський державний аграрний університет, кафедра фізіології рослин і ботаніки, доцент.

Провідна установа: Донецький національний університет Міністерства освіти і науки України, м. Донецьк.

Захист відбудеться „25” лютого 2004 р. о 10:00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.051.04 для захисту дисертацій на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук у Дніпропетровському національному університеті за адресою: 49050, МСП, м. Дніпропетровськ, вул. Наукова, 13, корпус 17, біолого-екологічний ф-т, ауд. 611.

Із дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Дніпропетровського національного університету за адресою: 49050, м. Дніпропетровськ, вул. Наукова, 13.

Автореферат розісланий “24” січня 2004 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради, к. б. н. Дубина А.О.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність проблеми. Питання раціонального використання та охорони природних ресурсів, збереження здоров'я людей стоять на першому плані серед багатьох соціально-економічних проблем, які вимагають невідкладного вирішення. Інтенсифікація землеробства викликає порушення динамічної рівноваги в екосистемах, розвиток процесів ерозії ґрунтів, надмірне застосування гербіцидів. Хімічні засоби боротьби з бур'янами (гербіциди) постійно удосконалюються і замінюються на препарати, що мають більш швидкий час розкладу. Однак, незважаючи на це, з'явились стійкі до гербіцидів бур'яни, знизилась чутливість до хімічних препаратів багатьох шкідників сільськогосподарських культур, відбувається забруднення харчових продуктів. Крім того, як свідчить Всесвітня Організація Охорони Здоров'я, здоров'я людей більш ніж на 20 % залежить від якості навколишнього середовища, а у світі реєструється до 3 млн. отрут та 20 тис. смертельних випадків, викликаних застосуванням гербіцидів. Все це висуває необхідність розробки оптимізованої системи використання хімічних засобів захисту культурбіогеоценозів на базі екологічних принципів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана в межах планової наукової роботи Науково-дослідного інституту біології ДНУ за темами: “Розробка концепції фізіолого-біохімічних основ функціонування біологічних систем в екстремальних умовах дії несприятливих факторів оточуючого середовища на прикладі рослинних об'єктів як моделей біологічних систем” (№ державної реєстрації - 0197 V 000656), проводилась у 1997-1999 рр.; “Дослідження закономірностей впливу антропогенних факторів на фізіолого-біохімічні функції рослинних об'єктів у процесі онтогенетичного розвитку” (№ державної реєстрації - 0100), проводилась у 2000-2002 рр. та “Антропогенна трансформація лісів степової України, відновлення, раціональне використання в умовах нових форм власності” (№ державної реєстрації - 0103U 000557), запланована на 2003-2005 рр.

Метою роботи було: вивчення впливу гербіцидів як екологічного фактора на культурбіогеоценози з використанням макро- та мікросистемного підходів.

Основні завдання дослідження:

1. Визначити співвідношення позитивних та негативних екологічних ефектів впливу гербіцидів, які використовуються в культурбіогеоценозах Zea mays L.

2. Виявити механізми впливу гербіцидів різного спектру дії на морфофізіологічні та біохімічні процеси домінуючих рослин культурбіогеоценозів.

3. Визначити та установити ступінь впливу окремих гербіцидів та їх комбінацій (сполучень) на вміст білка, вуглеводів, на формування і розмір основних запасних органел ендосперму - білкових тіл.

4. Виявити оптимальні екологічно і фізіологічно обґрунтовані варіанти очищення культурбіогеоценозів Zea mays L. від бур'янів.

Наукова новизна отриманих результатів. Вперше:

– установлено екологічну силу стресової дії широкого спектру гербіцидів на фізіолого-біохімічні процеси домінуючих рослин культурбіогеоценозів в умовах степової зони України;

– визначено ступінь дії різних гербіцидів на формування, морфофізіологічну будову, амінокислотний склад білкових тіл, виділених з ендосперму Zea

– mays L.;

– виявлені гербіциди та суміші, які поєднують оптимальні властивості пригнічення бур'янів та найменшу дію на еко-фізіолого-біохімічні процеси розвитку Zea mays L. в умовах культурбіогеоценозів Степового Придніпров'я;

– запропоновано модель реакції-відповіді культурної рослини на внесення різних гербіцидів та обґрунтовано екологічні форми боротьби з бур'янами культурбіогеоценозів Zea mays L.

Практичне значення отриманих результатів. На основі одержаних наукових результатів розроблені шляхи більш раціонального та регламентованого застосування хімічних засобів захисту культур біогеоценозів з урахуванням як порогів шкідливості бур'янів, так і нестійких погодно-кліматичних умов степової зони України. Запропоновані найбільш безпечні для застосування в умовах культурбіогеоценозів Zea mays L. хімічні засоби боротьби з бур'янами та їх сполучення.

Особистий внесок здобувача полягає у самостійному проведенні польових та лабораторно-аналітичних досліджень, опрацюванні та узагальненні первинного матеріалу. Експериментальний матеріал, використаний у дисертаційній роботі, одержано з безпосередньою участю автора. Усього автором опубліковано 9 наукових статей у фахових виданнях, 5 з них - у співавторстві: “Вплив гербіцидів на азотовмісні сполуки зерна кукурудзи” (співавтор Штеменко H.I.) - дисертанту належить проведення польового експерименту, підготовка та аналіз зразків, опис експерименту; “Вільні і зв'язані амінокислоти зерна кукурудзи різних генетичних форм при вирощуванні на пестицидному фоні” (співавтори Штеменко H.I., Пишна О.О.) - дисертанту належать результати про вміст азоту в зернівці на різних стадіях стиглості, результати нінгідринового тесту та їх оформлення; “Некоторые биохимические аспекты питательной ценности зерна кукурузы и сорго” (співавтори Штеменко Н.И., Диуф Мамаду, Троценко А.Г.) - дисертантом проведено польовий експеримент, зроблено аналіз зернівки (вміст білка, вуглеводів, нінгідриновий тест), проведено опис експерименту та оформлення результатів аналізів; “Влияние пестицидов нового поколения на белковые тела кукурузы” (співавтор Штеменко Н.И.) - дисертанту належить проведення польового експерименту, підготовка та проведення аналізів білкових тіл ендосперму Zea mays, їх мікрофотознімання, обробка результатів експерименту; “Вплив гербіцидів на амінокислотний склад білкових тіл ендосперму кукурудзи” (співавтори Штеменко Н.І., Пупченко Г.А.) - дисертанту належить проведення польового експерименту, підготовка та аналіз зразків субклітинних органел, опис експерименту та обробка результатів.

Апробація результатів дисертації. Матеріали роботи обговорювались на 5-й міжнародній конференції “France et Ukraine, Experience Scientifigue et Pratigue Dans le Contexte du Dialogue des Cultures Nationales” (Дніпропетровськ, 1998), міжнародній конференції “Питання біоіндикації і екології” (Запоріжжя, 1998), міжнародній конференції “SECO TOX” (Турція, 1998).

Публікації. Основний зміст роботи викладено в 12 опублікованих роботах, у тому числі 9 статтях у спеціальних виданнях України, які входять до переліку, затвердженого ВАК України.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел (329 найменувань). Загальний обсяг дисертації - 165 сторінок, з яких 130 сторінок займає основна частина. Робота містить 20 таблиць, 31 рисунок та 3 додатки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИРОДНИХ УМОВ СТЕПОВОГО ПРИДНІПРОВ'Я

Дніпропетровська область розташована в межах 33? і 36? 56??? східної довготи від Грінвіча. Її територія належить до північної підзони Степу України (Физическая и экономическая география Днепропетровской области, 1992). Проаналізовано історію антропогенної трансформації Дніпропетровської області (Пасечный, Воробьев, 1993; Керничная, 1998, 2000) протягом усього періоду освоєння її людиною. Наводяться характеристики основних природних факторів даного регіону - екокліматичних умов (Лазаренко, 1995; Грицан, 2000), ґрунтового покриву (Зонн, 1959; Травлеев, 1973; Гродзинський, 1980; Матюха, 2001), рослинності (Акинфиев, 1902; Шевелев, 1915; Мальцев, 1926, 1962; Ларіонов, 1963; Кулик, 1981), фауни (Гиляров, 1949; Ковалев, 1979; Тарусова, 2001; Булахов, 2001) та регіональних особливостей господарства, де були проведені польові досліди. Кожен фактор розглядається з точки зору його трансформації, спричиненої діяльністю людини в результаті застосування хімічних засобів захисту рослин.

СУЧАСНИЙ СТАН ПИТАННЯ

На цей час існує значна кількість робіт щодо вивчення впливу хімічних засобів боротьби з бур'янами (Воробьёв, 1982; Кулик, 1982; Чкаников, 1986; Матюха, 1995; Огинова, 2001; Алиев и др., 2001; Бильчук, 2002; Заморуева, 2002). Однак досліди, виконані в різноманітних екологічних умовах, мають суперечливі результати, що пов'язано з умовами проведення експерименту (Штеменко, 1993; Мусияка, 1995; Коцюбинская, 1996; Коцюбинская и др., 1999; Никифоров, 1999; Швартау, 2000; Ладонин, 2000; Мордерер, 2002 та ін.).

Тому щоб запобігти негативних наслідків дії гербіцидів у конкретних екологічних умовах Степового Придніпров'я, необхідна розробка систем боротьби з бур'янами в культурбіогеоценозах, зокрема Zea mays L., яка б не порушувала екологічної рівноваги, урожайності культурних рослин та чистоти культурбіогеоценозів (Охрана ...,1995; Винниченко, 1999; Рубцова, 1999; Lennartz Bernd, Widmoser Peter, 1999; Baer U., Calvet R., 1999; Bender Martin H., 2000; Данилов, 2000; Ягодин, 2001; Козлов и др., 2001; Кузнецова и др., 2001).

ОБ'ЄКТИ, МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Об'єктами досліджень були культурбіогеоценози ліній Zea mays ДК 366 і Р 346, які є батьківськими формами відомих в Україні гібридів, а також гібрид кукурудзи Дніпровський 284 МВ, який прийшов на зміну гібриду Піонер, та гібрид Кадр 267 МВ. Польові експерименти проводилися в Дослідному господарстві ІЗХ УААН згідно з “Методическими рекомендациями по проведению полевых опытов с кукурузой” (1980) та “Методическими указаниями по полевому испытанию гербицидов в растениеводстве” (1981), дози внесення гербіцидів були встановлені за Переліком пестицидів і агрохімікатів, дозволених до використання в Україні (1993-2003).

Застосовувались дві найбільш широко вживані групи гербіцидів - ґрунтові: атразин, аценит, ацетал, харнес, трофі, дуал, примекстра голд, фронтьєр; післясходові - 2,4-Д, амінна сіль, хармоні, діален, лентагран-комбі, які характеризуються різним механізмом фітотоксичної дії на бур'яни (Захаренко, 1990). Крім того, використовувались такі сполучення гербіцидів: раундап + діален + харнес; раундап + харнес і харнес + 2,4-Д.

У досліджуваних культурбіогеоценозах Zea mays L. проводився облік наявності бур'янів при внесенні гербіцидів в умовах механічної обробки ґрунту.

Екологічні та фізіолого-екологічні спостереження проводились на трьох стадіях стиглості зернівки Zea mays L. Відібрані зразки фіксувались висушуванням в атмосфері етанолу з подальшим розмелюванням на лабораторному млині, потім проводився елементний і амінокислотний аналіз зерна Zea mays L., вирощеного в природних умовах та умовах гербіцидного забруднення. Крім того, стигле зерно, яке вирощувалось у різних екологічних умовах, розподілялось на анатомічні частки (оболонка, ендосперм, зародок) та досліджувалось за такими напрямками: елементний та амінокислотний аналіз анатомічних частин, виділення білкових тіл з ендосперму зерна Zea mays L. з наступним амінокислотним аналізом та мікрофотознімання виділених органел.

Методологія досліджень заснована на теоріях видатних учених (Вавилов,1926; Бяллович, 1936; Комаров, 1938; Бахтеев, 1960; Жуковський, 1970; Шеляг-Сосонко, 1991, 1997 та ін.).

Елементний аналіз (C; H; N) попередньо висушених та розмелених проб зерна досліджуваних ліній кукурудзи проводився на аналізаторі елементів моделі 1106 - Carlo Erba (Італія).

Гідроліз і випарювання для подальшого амінокислотного аналізу здійснювали за методом В.Г. Рядчикова (1978).

Аналіз складу білкових амінокислот виконували на амінокислотному аналізаторі ААА 339 (ЧССР) у режимі гідролізатів.

Білкові тіла виділяли в градієнті сахарози з подальшим центрифугуванням за методом Cristiansen (1969).

Загальний вміст амінокислот визначали за допомогою нінгідринового тесту за (Sang, 1983).

Калібрувальний графік будували за Sang (1983) згідно з результатами, одержаними при вимірюванні оптичної щільності продукту нінгідринової реакції за стандартною сумішшю амінокислот (Chema, ЧССР) та з 0,1; 0,01 та 0,001 % розчинами аланіну.

Вміст білка в пробах визначали за методом Кьєльдаля з послідовним перерахунком за Рядчиковим (1978).

Загальні та відновлюючи цукри визначали за методом І.М. Починок (1976).

Мікрофотознімання здійснено за допомогою мікроскопу БМИ - 24 (СРСР) при збільшенні в 160 раз.

ЗАСОБИ ХІМІЧНОГО ЗАХИСТУ КУЛЬТУРБІОГЕОЦЕНОЗІВ ЯК ЕКОЛОГІЧНИЙ ФАКТОР

Вплив гербіцидів різного спектру дії на вміст N; C; H у зерні в онтогенезі. Для вияву співвідношення корисності і шкоди, які завдають гербіциди, а також з метою запобігання небажаних наслідків, викликаних їх застосуванням, нами проведено ряд досліджень, першим етапом яких було вивчення елементного складу зерна досліджуваної культури Zea mays L. на трьох стадіях дозрівання.

Раніше вважалось, що гербіциди виявляють токсичний ефект тільки в початковому періоді розвитку рослини і їх дія не впливає на продуктивність в кінці вегетації. Вивченню динаміки функціонального стану рослин в онтогенезі під впливом ксенобіотиків присвячено небагато робіт (Винниченко, Коцюбинская, 1995; Коцюбинская, 1995; Мороз, Штеменко, 1998; Полева, Штеменко, 2000). Наші дослідження елементного складу зернівок Zea mays L. свідчать про значні відмінності між контрольними та дослідними варіантами, які спостерігаються на повній стадії стиглості зернівки (табл.1).

Таблиця 1. Вплив гербіцидного забруднення на вміст азоту, вуглецю, водню в зерні Zea mays L. лінії ДК 366 в стадії повної стиглості, %

Повна стадія стиглості
Варіант досліду	N % х + m	К	М	C % х + m	К	М	H % х + m	К	М
КП4	1,97+0,09	-	-	42,98+0,07	-	-	7,05+0,05	-	-
АП4	1,73+0,08	12,2	0,02658	43,70+0,08	1,68	0,00033	7,25+0,06	2,80	0,01222
ДП4	1,52+0,05	22,84	0,00413	41,54+0,13	3,35	0,0004	6,81+0,08	3,40	0,01711
ХП4	1,50+0,04	23,86	0,00502	43,18+0,04	0,47	0,02059	7,33+0,05	3,97	0,00237

Примітка: х - у % від сухої речовини; К - % до контролю; М - вірогідність рівності середніх значень.

Результати порівняння даних дослідження елементного складу достигаючого зерна Zea mays L., яке вирощувалось в умовах гербіцидного забруднення, свідчать, що на стадії молочної стиглості зернівки співвідношення N:C найбільше. Для стадії воскової стиглості характерно більш значне, порівняно зі стадією молочної стиглості, зниження азотвмісних речовин та менш значне - вуглецю та водневмісних. Проте найбільше зниження азотвмісних речовин відбувається на стадії повної стиглості і характерно воно в різній мірі для всіх досліджуваних гербіцидів. Дослідження елементного складу достигаючого зерна Zea mays L. показало, що найбільш сильнодіючим препаратом, який впливає на зниження вмісту азотистих речовин у зерні, є гербіцид хармоні.

Порівняння результатів щодо впливу гербіцидів на вміст органічних речовин в ендоспермі стиглої зернівки Zea mays L. дає підставу дійти висновку, що дія гербіциду лентагран-комбі викликає у культури Zea mays L. специфічну реакцію, яка проявляється в підвищенні вмісту азот-, вуглеце- та водневмісних речовин в ендоспермі зернівки. На підставі даних елементного аналізу зародка зернівки досліджуваної культури Zea mays L. можна зробити висновок, що дія гербіциду лентагран-комбі викликає у рослини специфічну реакцію - зниження органікоутворюючих речовин.

Вивчення еколого-фізіологічного впливу гербіцидів різного спектру дії на амінокислотний склад зерна Zea mays L. у процесі достигання. Загальний амінокислотний аналіз стиглого зерна кукурудзи лінії ДК-366 виявив деяке зниження його харчової цінності при використанні гербіцидів (ацетал, 2,4-Д, хармоні) за рахунок зниження сумарного вмісту амінокислот, що характеризує вміст загального білка. Результати експерименту щодо впливу гербіцидів (дуал, діален, харнес, трофі) на вміст білка свідчать, що під дією гербіцидів відбувається, як правило, зниження вмісту білка, тільки вплив ділена дає стимулюючий ефект: вміст білка збільшився на 23,00 %.

У процесі розвитку зернівки відмічено підвищення вмісту проліну. Особливо суттєве це збільшення як компенсаторна реакція рослинного організму на дію токсиканту на стадії молочної стиглості у варіантах обробки гербіцидом хармоні.

Для перевірки рівня фітотоксичної дії досліджуваних гербіцидів були проведені експрес-тести з екстракцією вільних амінокислот з поверхневої тканини зернівки.

Вплив хімічних токсикантів - гербіцидів, які розпадаються на метаболіти невизначеної хімічної природи, визначити безпосередньо неможливо. Тому нами досліджувався негативний вплив дії гербіцидів на культурні рослини, зокрема Zea mays L., шляхом вивчення ключових біохімічних процесів у зернівці досліджуваної культури на пізніх стадіях достигання в період, коли цей вплив на поживну цінність зернівки є найбільший. Для визначення ступеня негативного ефекту гербіцидів на якість зерна був проведений амінокислотний аналіз анатомічних частин достиглої зернівки Zea mays L. Відомо, що ендосперм зерна Zea mays L. складає більше ніж 80 % сухої ваги зернівки, тому початкову увагу було приділено цій частині. Результати амінокислотного аналізу ендосперму зернівки культури Zea mays L. показують, що всі випробувані гербіциди (атразин, аценит, 2,4-Д, лентагран-комбі) сприяють зниженню сумарного вмісту амінокислот, що характеризує зниження харчової цінності культури. При використанні гербіцидів під посіви кукурудзи в польових дослідах найбільше зниження загального вмісту білкових амінокислот в ендоспермі стиглого зерна лінії

Р-346 відмічено в досліді з гербіцидом 2,4-Д. Найменші зміни вмісту загального білка в ендоспермі досліджуваної лінії Zea mays L. відмічені при використанні гербіциду лентагран-комбі. Зародок Zea mays L. багатий на білки, жири, вітаміни та мінеральні речовини та вносить достатньо вагомий вклад у поживну цінність зерна досліджуваної культури. Порівняння результатів амінокислотного аналізу контрольних та дослідних зразків зародку зерна свідчить про підвищення загального вмісту білкових амінокислот при застосуванні гербіцидів 2,4-Д та лентагран-комбі. Найбільш вагоме зниження сумарного вмісту амінокислот у зародку зернини Zea mays L. спостерігається в досліді з застосуванням гербіциду аценит.

Вплив гербіцидів як екологічного фактора на білкові тіла ендосперму Zea mays L. Оскільки білкові тіла є основними запасними органелами зернівки, питання про вплив гербіцидів на ці органели, з однієї сторони, є важливим з екологічної точки зору, а з другої - відкриває нові механізми запасання білкових речовин. Усі дослідні гербіциди сприяли збільшенню групи основних амінокислот, велика частина яких міститься в молодих, невеликого розміру білкових тілах. Вплив гербіцидів проявився у затримці розвитку білкових тіл, залишаючи їх ювенільними - меншого розміру та з більшою часткою незеїнових білків. Найбільшу дію на пригнічення росту білкових тіл має гербіцид дуал. Таким чином, одержані нами дані про те, що дія гербіцидів може впливати на незеїнові білки у складі білкових тіл, відкривають нові аспекти дії ксенобіотиків на запасні органели злаків.

Існує думка, що підвищення продуктивності культурбіогеоценозів можливе при екологічному сполученні комплексних меліорацій з хімічним регулюванням системи “ґрунт-рослина” (Заіменко, 2001). Комбіновані препарати та бакові суміші, які містять, як правило, дві-три діючі речовини, мають більш широкий діапазон дії на бур'яни культурбіогеоценозів, швидше розкладаються в ґрунті, дозволяють зменшити дозування окремо взятих компонентів, запобігти забрудненню оточуючого середовища та підвищити ефективність хімічної прополки в цілому (Макарчук, 2000; Мордерер, 2001). За нашими даними, сполучення гербіцидів, на відміну від окремих гербіцидів, проявили в дослідах менш помітний вплив на зміни амінокислотного складу основних запасаючих органел ендосперму - білкових тіл. У всіх дослідних варіантах відмічено збільшення вмісту основних амінокислот, проте воно незначне, тому дані результатів амінокислотного аналізу свідчать про застосування сполучень гербіцидів - бакових сумішей, їх раціональних і грамотних поєднань.

Підсумовуючи обговорення амінокислотного аналізу і порівняльної характеристики результатів проведених дослідів, можна відзначити, що найменший вплив на процес пригнічення білок-запасаючих органел дає застосування сполучень гербіцидів. Із окремо застосованих гербіцидів найменший вплив на процес формування білок-запасаючих органел має гербіцид харнес. екологічна рівновага культурбіогеоценоз гербіцид

Вплив гербіцидів як екологічного фактора на вміст вуглеводів в ендоспермі зерна Zea mays L., вирощеного в умовах гербіцидного забруднення. Відомо, що вільні цукри поряд з вільними амінокислотами є основними осмолітами рослинної клітини. Роль осмолітів у процесі адаптації рослин до зовнішніх впливів недостатньо вивчена. Вміст вуглеводів у зразках ендосперму зернівки Zea mays L., вирощеної в різних екологічних умовах, як правило, достовірно не відрізнявся від контролю, лише під впливом гербіцидів ділен та трофі він зменшився на 10,0 %. Нами виявлено збільшення вмісту вільних вуглеводів у всіх дослідних варіантах без виключення.

Реакція бур'янів культурбіогеоценозів Zea mays L. на внесення гербіцидів різного спектру дії. Зниження забур'яненості посівів польових культур є однією з актуальних проблем, успішне вирішення якої значно підвищить урожайність культурних рослин. На сучасному етапі боротьба з бур'янами зводиться до застосування комплексу агротехнічних заходів та хімічних речовин - гербіцидів. Спостереження за наявністю і кількістю бур'янів, які велись протягом вегетаційного періоду в досліджуваних культурбіогеоценозах Zea mays L., показали, що найбільші результати щодо очищення від шкідливих рослин при використанні окремо взятих гербіцидів досягнуто в досліді з гербіцидом хармоні. Крім того, більш повне пригнічення біотипів бур'янів при застосуванні гербіциду хармоні перебуває в сполученій залежності з найменшими втратами врожаю культури Zea mays L. при несприятливих погодно-кліматичних умовах даного польового експерименту.

Маючи надзвичайно слабкий початковий ріст та розвиток, Zea mays L. забруднюється всіма притаманними тій чи іншій ґрунтово-кліматичній зоні біотипами бур'янів, в результаті при відсутності належних способів боротьби з ними можливо зниження як урожайності, так і зернової продуктивності культури. Результати польового досліду, проведеного за сприятливих погодно-кліматичних умов вегетації культури Zea mays L., свідчать про підвищення врожайності культури у варіантах дослідів з використанням гербіцидів 2,4-Д та лентагран-комбі.

Незважаючи на широкий ареал застосованих засобів, бур'яни залишаються досить поширеними і відіграють значну роль в існуючих культурбіогеоценозах. Тому виникає потреба у вивченні з використанням агротехнічних методів та хімічних засобів захисту рослин стану забур'яненості культурбіогеоценозів, зокрема Zea mays L. Очищення культурбіогеоценозів від бур'янів завдяки обробці гербіцидами не тільки має вплив на врожайність культури, але й сприяє боротьбі з бур'янами алергенами, тому ми спробували знайти оптимальний варіант очищення від шкідливих рослин (табл. 2).

Таблиця 2. Облік бур'янів, що засмічують культурбіогеоценози Zea mays L. на 1 кв. м (контрольні варіанти)

Бур'яни	Варіант досліду
	КП 1	КП 2	КП 3
Setaria glauca (L.) Beauv., Setaria viridis (L.) Beauv., Echinochloa crusgalli (L.) Beauv	25,2	4,0	33,6
Fallopia convolvulus L.	1,6	0,8	4,4
Convolvulus arvensis L.	3,2	1,2	0,8
Sonchus arvensis L.	2,8	-	0,4
Cirsium arvense L.	2,4	1,6	2,0
Ambrosia artemisiifolia L.	1,2	-	-
Amaranthus retroflexus L.	2,4	-	2,8
Chenopodium album L.	0,8	-	0,8
Загальна кількість рослин	39,6	7,6	44,8

Примітка: КП1 - боронування до та після сходів + 2 міжрядні обробки ґрунту; КП2 - механізований догляд за посівами + ручне прополювання; КП3 - природне забруднення посівів.

У результаті порівняння одержаних даних досліду про вплив гербіцидів нового покоління на пригнічення бур'янів в культурбіогеоценозах Zea mays L. можна зробити висновки, що найбільш ефективною є дія гербіциду харнес під час передпосівної культивації та діалену в фазі 3-5 листків кукурудзи. Дія цих гербіцидів посилюється в результаті застосування однієї міжрядної обробки ґрунту. Підводячи підсумки обговорення впливу екологічних факторів боротьби з бур'янами шляхом гербіцидної обробки і без неї, можна зробити висновок, що найбільш якісним методом боротьби з бур'янами в культурбіогеоценозах Zea mays L. є поєднання застосування гербіцидів та механізованого догляду за посівами (табл. 3).

Таблиця 3. Облік бур'янів, що засмічують культурбіогеоценози Zea mays L. на 1 м кв. (дослідні варіанти)

Бур'яни	Варіант досліду
	ХП5	ПП 6	ФП 7	ХП 8	ПП 9	ФП10
Setaria glauca (L.) Beauv., Setaria viridis (L.) Beauv., Echinochloa crusgalli (L.) Beauv	15,2	24,4	29,2	12,8	18,0	16,0
Fallopia convolvulus L.	2,8	1,2	2,4	1,6	1,6	1,6
Convolvulus arvensis L.	-	-	0,4	0,8	0,4	-
Sonchus arvensis L.	-	0,8	1,6	1,6	2,4	-
Cirsium arvense L.	0,8	0,8	2,4	0,4	2,0	0,4
Ambrosia artemisiifolia L.	-	-	-	-	-	-
Amaranthus retroflexus L.	0,8	2,0	0,4	-	-	2,0
Chenopodium album L.	-	-	-	-	-	-
Загальна кількість рослин	19,6	29,2	36,4	17,2	24,4	20,0

Примітка: ХП5 - харнес + діален без обробки ґрунту; ПП6 - прімекстра голд + діален без обробки ґрунту; ФП7 - фронтьєр + діален без обробки ґрунту; ХП8 - харнес + діален + обробка ґрунту; ПП9 - прімекстра голд + діален + обробка ґрунту; ФП10 - фронтьєр + діален + обробка ґрунту.

Порівняння та узагальнення результатів дії різних гербіцидів як екологічного фактора на розвиток культури Zea mays L. При підведенні підсумків п'ятирічних досліджень дії гербіцидів на елементи культурбіогеоценозів Zea mays L. необхідно відмітити, що кожний з випробуваних гербіцидів викликає реакцію культури, обраної за тестову. Для зручності порівняння ступеня дії окремих гербіцидів та їх сполучень на тестову культуру було зроблено розподіл на таблиці згідно зі спектром дії гербіциду та відображено характер реакції-відповіді культури Zea mays L. на дію токсикантів. Існує думка, що природні екосистеми в порівнянні з культурбіогеоценозами відрізняються збільшеною можливістю протистояння екстремальним факторам середовища (високі та низькі температури, засуха, засолення та ін.), оскільки вони являють собою саморозвивні та саморегулівні біосистеми, які виробили для мешкання у даному місці свої життєві форми та раціонально використовують (взаємодія, розподіл та перерозподіл) сполуки, енергію та інформацію, де внутрішні зв'язки переважають над зовнішніми (Масюк, 1998). Однак, за угодою Європейської спілки скорочування використання гербіцидів, це не вихід із ситуації, яка сформувалася в даний період часу. Як свідчить світовий досвід, доцільна екологічна рівновага (максимальний еколого-соціально-економічний ефект) досягається при збереженні 40-50 % природних екосистем та наявності 40-50 %, перетворених господарською діяльністю людини.

ВИСНОВКИ

1. Основним результатом досліджень є доказ доцільності застосування гербіцидів та їх сумішей для встановлення екологічної рівноваги в культурбіогеоценозах Zea mays L. між культурними рослинами та бур'янистими елементами.

2. В результаті дослідження хімічних засобів захисту культурбіогеоценозів як екологічного фактора, проведення багатосерійних польових та лабораторних експериментів, що розкривають вплив гербіцидів нового покоління на рудеральні елементи культурбіогеоценозів Zea mays L., виявлено, що максимальна ефективність, яка забезпечує високу продуктивність культурбіогеоценоза та його стійкість до видів бур'яно-польового комплексу, є застосування гербіциду харнес у період передпосівної культивації плюс гербіцид діален у фазі 3-5 листків кукурудзи з наступним проведенням однієї міжрядної обробки ґрунту.

3. Використання гербіцидів як екологічного фактора забруднення культурбіогеоценозів Zea mays L. в умовах Степового Придніпров'я призводить до суттєвих змін на рівні фізіолого-біохімічних механізмів адаптації в достигаючому зерні кукурудзи, що виражається в зниженні вмісту органічних речовин в ендоспермі, збільшенні азот-, водне-, вуглецевмісних речовин у зародку зернівки, а також призводить до кількісних змін амінокислотного складу в захисному пулі вільних амінокислот, особливо аспарагіну, глютаміну та проліну.

4. Вперше детально вивчено вплив хронічної дії гербіцидів на процеси цитодиференціації у клітинах ендосперму чотирьох популяцій білкових тіл і виявлено, що вказані ксенобіотики затримують розвиток субклітинних органел на ювенільній стадії. Це призводить до перерозподілу білкових фракцій у напрямку збільшення в ендоспермі зерна Zea mays L. незеїнових компонентів і вільних амінокислот, які використовуються для зв'язування ксенобіотиків та створення додаткового осмотичного тиску в клітинах ендосперму в фазі наливання зерна.

5. Стресові умови впливають переважно на кількісний склад незеїнових білків та збільшення в зернинах Zea mays L. вмісту вільних вуглеводів у всіх дослідних варіантах експерименту, що свідчить про активізацію процесів біодеградації основних запасаючих речовин ендосперму - зеїнів та крохмалю в несприятливих умовах навколишнього середовища.

6. Визначено, що дія гербіцидів, які характеризуються різними механізмами впливу на життєдіяльність бур'янів у культурбіогеоценозах Zea mays L., утворює такий ряд: хармоні, атразин, лентагран-комбі, аценит, ацетал, 2,4-Д та харнес + діален, прімекстра голд + діален, фронтьєр + діален.

7. Реакція рослин кукурудзи має як спільні, так і специфічні ознаки:

-підвищення азот-, вуглеце- та водневмісних речовин в ендоспермі зернівки Zea mays L. - лентагран-комбі;

-зниження органікоутворюючих речовин у зародку зернівки кукурудзи - лентагран-комбі;

-підвищення загального вмісту білкових амінокислот на стадії молочної стиглості зернівки -2,4-Д;

-зниження сумарного вмісту білкових амінокислот у зародку зернини Zea mays L.- аценит;

-затримання вмісту основних запасних білків зернівки досліджуваної культури Zea mays L. - зеїнів -дуал;

-зниження загального вмісту амінокислот білкових тіл, виділених з ендосперму досліджуваної культури,- сполучення гербіцидів - раундап та харнес.

8. При порівнянні результатів дії на культурбіогеоценози Zea mays L. окремих гербіцидів та їх сполучень як екологічного фактора виявлено, що застосування сумішей гербіцидів сприяє менш значному пригніченню росту основних запасаючих органел зернівки кукурудзи - білкових тіл.

9. Вивчення характеристик еколого-функціонального стану культурбіогеоценозів Zea mays L. свідчить, що культурбіогеоценоз - складна динамічна екосистема, і внесення в неї додаткових ресурсів - гербіцидів необхідне в строго запрограмованих кількостях залежно від фізіолого-біохімічних особливостей вирощуваної культури, еколого-географічних та погодно-кліматичних умов її зростання.

РЕКОМЕНДАЦІЇ

1. Отримані результати придатні до використання у практиці екологічного нормування для прогнозу небезпечного стану культурних рослин при обробці агрофітоценозів хімічними засобами боротьби з бур'янами. Вони є основою для створення збалансованих, придатних для конкретної місцевості культурбіогеоценозів.

2. Комплексний фізіолого-біохімічний аналіз особливостей адаптивних реакцій Zea mays L. під дією хімічних чинників забруднення можна використати для зменшення негативного впливу гербіцидів на якість урожаю зерна кукурудзи.

3. Представлено схему застосування гербіцидів селективної дії та їх сумішей у малих концентраціях в агрофітоценозах Zea mays L. степової зони України.

4. Результати досліджень використовуються в навчальному процесі по курсах: “Загальна екологія”, “Сучасні проблеми охорони біорізноманіття”, “Теоретичні основи раціонального природокористування”, “Методи оцінки фізіологічного стану рослин”, на кафедрах геоботаніки, ґрунтознавства та екології, фізіології рослин та екології.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Мороз Ю.Л., Штеменко H.I. Вплив гербіцидів на азотовмісні сполуки зерна кукурудзи // Вісник Дніпропетр. ун-ту. Біологія. Екологія. - 1998. - Вип. 4. - С. 55-62.

Штеменко H.I., Мороз Ю.Л., Пишна О.О. Вільні і зв'язані амінокислоти зерна кукурудзи різних генетичних форм при вирощуванні на пестицидному фоні // Физиология и биохимия культурных растений. - 1999. - 31, № 4. - С. 270-275.

Штеменко Н.И., Полева Ю.Л., Диуф Мамаду, Троценко А.Г. Некоторые биохимические аспекты питательной ценности зерна кукурузы и сорго // Вісник Дніпропетр. ун-ту. Біологія. Екологія. - 1999. - Вип. 6. - C. 63-67.

Полева Ю.Л., Штеменко Н.И. Влияние пестицидов нового поколения на белковые тела кукурузы // Вісник Дніпропетр. ун-ту. Біологія. Екологія. - 2000. - Вип. 7. - C. 227-231.

Штеменко Н.І., Полєва Ю.Л., Пупченко Г.А. Вплив гербіцидів на аміно-кислотний склад білкових тіл ендосперму кукурудзи // Вісник Дніпропетр. ун-ту. Біологія. Екологія. - 2001. - Вип. 9. - C. 14-18.

Полева Ю.Л. Биоэкологические исследования влияния химических средств защиты культурфитоценозов на микро- и макросистемном уровнях // Екологія та ноосферологія. - 2002. - Т. 11, № 1-2. - С. 63-68.

Полева Ю.Л. Формы реакции Zea mays L. как тестовой культуры на внесение гербицидов // Екологія та ноосферологія. - 2002. - Т. 12, №3-4. - С. 139-142.

Полева Ю.Л. Проблема загрязнения почвы гербицидами и пути её решения // Ґрунтознавство. - 2002. - Т. 3, № 3-4. - С. 80-83.

Полева Ю.Л. Динамика влияния гербицидов на культурбиогеоценозы при различных погодно-климатических условиях // Вісник Дніпропетр. ун-ту. Біологія. Екологія. - 2002. - Вип. 10. - C. 205-208.

Moroz J.L., Diauf Mamadu, Shtemenko N.I. Ecological aspects of nutritive quality of cereals // Тези міжнар. конф. “Питання біоіндикації і екології”. - Запоріжжя, 1998. - С. 104.

Diauf Mamadu, Moroz J.L., Chtemenko N.I. Certain aspect de la valeur nutritive des cereales // Тези 5 міжнар. конф. “Франція та Україна, науково-практичний досвід у контексті діалогу національних культур”. - Д.: Арт-Прес, 1998. - Т. 3. - С. 70.

Shtemenko N.I., Pyshnaya O.A., Moroz U.L., Mamadu D. Biochemical characteristics of cereals concerning some environmental problems // International Conference on Ecotoxicology & Environmental Safeti: “Seco tox”. - Turkey: Antalya, 1998. - C. 94.

АНОТАЦІЇ

Полєва Ю.Л. Засоби хімічного захисту культурбіогеоценозів як екологічний фактор (дія, оптимізація, стійкість, продуктивність). - Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.16 - екологія. - Дніпропетровський національний університет, 2004.

На прикладі культурбіогеоценозів Zea mays L. вивчено особливості впливу гербіцидів різного спектру дії. Установлено ступінь корисності і шкоди, які завдають хімічні засоби захисту рослин при застосуванні в культурбіогеоценозах Zea mays L. На основі аналізу досліджуваної культури виявлені специфічні форми реакції кукурудзи на дію токсикантів та показана адаптивність фізіолого-біохімічних процесів у достигаючому зерні культури до антропогенних екологічних факторів культурбіогеоценозів Zea mays L. Запропоновано напрямки оптимізації застосування хімічних засобів захисту культурбіогеоценозів, зокрема Zea mays L., які сприяють підвищенню продуктивності та врожайності культур і завдають мінімальну шкоду порушенню екологічної рівноваги та чистоти культурбіогеоценозів.

Ключові слова: екологічна рівновага, культурбіогеоценоз, Zea mays L., хімічні засоби, оптимізація, захист.

Полева Ю.Л. Средства химической защиты культурбиогеоценозов как экологический фактор (воздействие, оптимизация, устойчивость, продуктивность). - Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.16 - экология. - Днепропетровский национальный университет, 2004.

На примере культурбиогеоценозов Zea mays L. изучены особенности влияния гербицидов различного спектра действия. Несмотря на многочисленные попытки усовершенствования препаратов, вовлекаемые человеком в биосферу химические вещества в большинстве своем необычны и чужды природе, культура их применения в ряде случаев еще низка.

Для того чтобы избежать нежелательных последствий, вызванных применением гербицидов - влияние на продукты питания, нанесение вреда здоровью человека, исследованы физиолого-биохимические характеристики доминирующих растений культурбиогеоценозов Zea mays L. Установлено соотношение пользы и вреда в результате применения химических средств защиты при применении в культурбиогеоценозах Zea mays L.

На основании проведенных анализов исследуемой культуры выявлены специфические формы реакции кукурузы и показана адаптивность физиолого-биохимических процессов в созревающем зерне культуры к антропогенным экологическим факторам в культурбиогеоценозах Zea mays L.

Одним из преимуществ современных гербицидов является возможность их применения в сочетаниях. Проверка широко используемых в практике гербицидов в сочетаниях показала преимущества применения смесей, поскольку происходит менее значительное, в сравнении с отдельно применяемыми гербицидами, угнетение развития основных запасных органелл эндосперма зерновки Zea mays L.- белковых тел. При применении сочетаний, комплексов гербицидов, увеличивается избирательная фитотоксичность, что повышает эффективность уничтожения сорных элементов и уменьшает вероятность повреждения культурных растений.

Химические средства рассматриваются как средство усиления подавляющей способности культурного растения. Исследован характер взаимоотношений культурных и сорных элементов, открывающий эффективные способы экологической борьбы в культурбиогеоценозах. Применение гербицидов в сочетаниях преследует цель расширения спектра контролируемых видов сорных растений. Опробована схема применения различных гербицидов - почвенного и послевсходового спектра действия с использованием междурядной обработки почвы. Комплексное применение гербицидов в сочетании с агротехническими приемами, повышает эффективность химической прополки и позволяет уменьшить дозировки отдельно взятых компонентов, чтобы предотвратить загрязнение окружающей среды.

В зоне неустойчивого увлажнения юго-востока Степи Украины биологический потенциал зерновой продуктивности Zea mays L. реализуется далеко не полностью. Причинами такого положения, с одной стороны является большая нестабильность гидротермических условий в нашем регионе, когда годы с благоприятным распределением осадков в течение вегетации Zea mays L. сменяются годами с засухой южного типа, особенно вредоносной в репродуктивный период, с другой стороны - недостаточной засухоустойчивостью линий и их гибридов.

Предложены направления оптимизации применения химических средств защиты культурбиогеоценозов, в частности Zea mays L., которые способствуют повышению продуктивности и урожайности культурных растений и наносят минимальный вред нарушению экологического равновесия и чистоты культурбиогеоценозов.

Ключевые слова: экологическое равновесие, культурбиогеоценоз, Zea mays L., химические средства, оптимизация, защита.

Poleva J.L. Means of the chemical defence of the phytobiogeotsenosis as ecological factor (influence, optimization, stability, productivity). - Manuscript. Thesis for the scientific degree of the candidate of the Biological Science on speciality 03.00.16 - ecology. - Dnepropetrovsk National University, 2004.

The pecularities of the herbizides of different ways of action have been studied on the samples of phytobiogeotsenosis Zea mays L. There has been stated the correlation of the use and harm as a result of the applying of the chemical means of defence while using Zea mays L. in phytobiogeotsenosis. The specific forms of reaction of the mays were defined on the basis of the completed analysis of the phyto under research and it was shown the adaptivity of physiology of biochemical processes in the growing grain of the phyto to the human ecological factors in phytobiogeotsenosis Zea mays L. The directions of the optimization of the using of the chemical means of defence of phytobiogeotsenosis, namely Zea mays L. were offered, which might influence the raising of productivity and harvesting of the phyto plants and might give minimum harm to the destruction of the ecological balance and purity of phytobiogeotsenosis.

Key words: ecological balance, phytobiogeotsenosis, Zea mays L. chemical means, optimization, defence.

Размещено на Allbest.ru

...