Екотоксикологічне обґрунтування застосування гербіцидів на посівах сої в лісостепу України

Размещено на http://www.allbest.ru/

ІНСТИТУТ ЗАХИСТУ РОСЛИН

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ АГРАРНИХ НАУК УКРАЇНИ

03.00.16. - екологія

УДК 631. 95: 632.95.+ 633.853.52

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

ЕКОТОКСИКОЛОГІЧНЕ ОБҐРУНТУВАННЯ ЗАСТОСУВАННЯ ГЕРБІЦИДІВ НА ПОСІВАХ СОЇ В ЛІСОСТЕПУ УКРАЇНИ

Діденко Галина Сергіївна

Київ 2011

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті захисту рослин Національної академії аграрних наук України

Науковий керівник: доктор сільськогосподарських наук, професор БУБЛИК Людмила Іванівна, Інститут захисту рослин НААН, завідувач лабораторії аналітичної хімії пестицидів

Офіційні опоненти:

доктор сільськогосподарських наук, професор КАВЕЦЬКИЙ Володимир Миколайович, професор кафедри екології Державної екологічної академії післядипломної освіти і управління Мінприроди України

кандидат сільськогосподарських наук СЛОБОДЕНЮК Олена Анатоліївна старший науковий співробітник лабораторії моніторингу пестицидів відділу екотоксикології Інституту агроекології і економіки природокористування НААН

Захист відбудеться "13" травня 2011 року о 10⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.376.01 в Інституті захисту рослин НААН за адресою: 03022, м. Київ - 22, Васильківська, 33, корпус №1, зал засідань.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Інституту захисту рослин НААН за адресою: 03022, м. Київ - 22, вул. Васильківська, 33, корпус №1, кімн. № 65

Автореферат розісланий "___"_________2011 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат сільськогосподарських наук Г.М. Ткаленко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

екотоксикологічний гербіцид соя

Актуальність теми. Cоя (Glycine hispida) - одна із небагатьох видів рослин, білок якої за складом найбільш близький до білку тваринного походження і здатний замінити його. Вирощування сої сприяє також дуже актуальної та важливої екологічної проблеми - підвищення родючості ґрунту.

Одним з головних факторів, що стримує одержання високих урожаїв сої, є забур'янення посівів. Втрати врожаю від них значно вище, ніж від хвороб та шкідників, і можуть сягати 30-50%. Хімічний метод захисту рослин від шкідливих організмів залишається провідним, оскільки забезпечує високу ефективність, а витрати на нього окуповуються додатково збереженим урожаєм.

Через високу біологічну активність, широке розповсюдження, цілеспрямоване застосування збільшується вірогідність негативного впливу гербіцидів на урожай та забруднення навколишнього середовища. Кругообіг пестицидів в атмосфері, воді, ґрунті, трофічних ланцюгах залежить насамперед від їх фізико-хімічних властивостей, норми витрати та технології застосування.

Екотоксикологічний моніторинг, який включає розробку вірогідних і доступних практичним службам методів аналізу, вивчення процесів розпаду та перетворення в рослинах та ґрунті, оцінку екологічного ризику, є необхідною умовою раціонального застосування гербіцидів в агроценозі сої. Все це зумовило вибір теми дисертаційної роботи і визначило основні напрямки досліджень.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота проводилась у 2005-2009 рр. в рамках НТП НААН "Захист рослин" за завданнями: "Дати теоретичне обґрунтування раціонального застосування пестицидів в інтегрованій системі захисту рослин" (номер ДР 0101U003860.), "Розробити методи визначення нових пестицидів та продуктів їх розпаду і перетворення у рослинах, ґрунті і воді", (номер ДР 0104U002902, 2005р.), та "Екотоксикологічний моніторинг пестицидів в агроценозах" (номер ДР 010U002789, 2006-2009 рр.).

Мета і завдання дослідження. Мета досліджень - екотоксикологічне обґрунтування застосування гербіцидів при вирощуванні сої в Лісостепу України.

Для досягнення поставленої мети вирішувались такі завдання:

фізико-хімічна та екотоксикологічна характеристика сучасних пестицидів різних хімічних класів за полярністю;

розробка та уніфікація методик визначення сучасних пестицидів в рослинах, зерні сої та ґрунті;

розробка алгоритму систематичного аналізу різнополярних пестицидів в об'єктах агроценозу сої;

динаміка вмісту та швидкості детоксикації гербіцидів в зерні сої та ґрунті;

вплив гербіцидів на процес азотфіксації та синтез хлорофілу в рослинах сої;

вплив різнополярних гербіцидів на ферментативну активність ґрунту;

оцінка ступеню небезпеки сучасного асортименту гербіцидів, що застосовується при вирощуванні сої.

Об'єкт дослідження: екотоксикологія гербіцидів, що застосовуються при вирощуванні сої.

Предмет дослідження. Екотоксикологічний моніторинг гербіцидів та оцінка екологічного ризику їх застосування в інтегрованій системі захисту сої.

Методи дослідження. Польові та лабораторні досліди проводили за загальноприйнятими методиками (Трибель С.О., 2001 р.; Доспєхов Б.А., 1979р.). Класифікацію пестицидів за полярністю проводили за величиною дипольного моменту, який визначали методом ТШХ: Кавецкий В.Н. , Бублик Л И. "Способ определения дипольного момента органических соединений" АС №126930, СССР; 1986 р.; Бублик Л.І. Гаврилюк Л.Л., Панченко Т.П., "Спосіб визначення дипольних моментів органічних сполук, які містять хлор, 2003 р." та Деклараційний патент № 67956 А, 2004 р., Україна.

Визначення залишків пестицидів та вивчення динаміки детоксикації пестицидів проводили з використанням фізико-хімічних методів аналізу (ТШХ, ГРХ) і комп'ютерного моделювання. Ступінь небезпечності застосування пестицидів оцінювали за інтегральною шкалою (Васильєв В.П., Кавецький В.М., Бублик Л.І, 1986р.). Азотфіксуючу активність визначали на газовому хроматографі за способом відновленням ацетилену до етилену за методом Харді, вміст хлорофілу у листках - колориметричним методом. Вплив різнополярних пестицидів на ферментативну активність ґрунту вивчали використовуючи метод згідно Галстяну О.Ш. Отримані дані обробляли методами дисперсійного, кореляційного, регресійного аналізу та варіаційної статистики.

Наукова новизна одержаних результатів. За результатами екотоксикологічного моніторингу гербіцидів в агроценозі сої вперше встановлено кореляційну залежність їх екотоксикологічних властивостей від полярності сполук. Визначено дипольні моменти (м), які є функцією молекулярної будови, та класифіковано за полярністю гербіциди сучасного асортименту, що застосовуються для захисту сої. Розроблено алгоритм систематичного аналізу різнополярних гербіцидів в агроценозі сої методами тонкошарової та газорідинної хроматографії, що дозволяє підібрати оптимальні умови вилучення, очищення, якісного та кількісного визначення, як для кожного пестициду окремо, так і їх суміші та контролювати вміст на рівні гігієнічних нормативів.

Вперше встановлено, що механізм дії гербіцидів (вплив на ферментативну активність та чисельність мікроорганізмів ґрунту, створення симбіотичного апарату, процеси азотфіксації у рослин) корелює з їх полярністю та залежить від технології їх застосування та норми витрати. Малополярні гербіциди різних хімічних класів за застосуванням з нормою витрати 0,9 -1,5 кг/га (диметенамід, алахлор, ацетохлор, прометрин, S - метолахлор, пропахізофоп, метрибузин, бентазон, пендиметалін, клетодим), полярні (тифенсульфурон-метил, імазетапір, гліфосат) з нормою витирати на порядок меншою - 0,05-0,01 кг/га діють як стресовий чинник. Інокуляція насіння активним штамом Bradyrhizobium japonicum 634б та обробка мікродобривом повністю знімає токсичний ефект і стимулює метаболічні процеси.

Згідно інтегральної класифікації, що враховує токсиколого-гігієнічні та екотоксикологічні показники за 7 - степеневою шкалою гербіциди відносяться до малополярних помірно небезпечних (4-5 ступінь), та полярних (6-7 ступінь) малонебезпечних сполук.

За пріоритетом негативного впливу на агроценоз сої запропоновано середньозважений ступінь небезпечності, що враховує вміст діючої речовини та норму витрати препарату. За цим показником препарат Півот, що містить полярний мало небезпечний імазетапір, слід віднести до високо небезпечного першого класу препаратів.

Практичне значення одержаних результатів. Виявлено закономірності динаміки детоксикації пестицидів сучасного асортименту гербіцидів в об'єктах агроценозу сої; визначено числові показники константи швидкості детоксикації (k), період напіврозпаду (Т₅₀) та повного (Т₉₅) розпаду, використовують для нормування та регламентації застосування пестицидів.

Проведено екотоксикологічний моніторинг пестицидів в агроценозі сої і доведено, що удосконалення асортименту пестицидів можливе за рахунок препаратів 6-7 ступеня небезпеки, ефективних з малими нормами витрати.

Розроблено методики визначення гербіцидів в об'єктах агроценозу сої можуть використовуватися санітарно - епідеміологічними станціями МОЗ України та країн СНД, агрохімічними токсикологічними лабораторіями, що займаються контролем пестицидів в сільськогосподарській продукції, продуктах харчування, кормах та навколишньому середовищі. Методичні вказівки з визначення Фіталу в рослинах, зерні сої та ґрунті затверджено Міністерством екології та природних ресурсів як офіційні.

За результатами наших досліджень препарати Віталист (2007 р.) та Фитал (2008 р.) включені в "Перелік пестицидів і агрохімікатів, дозволених до використання в Україні ".

Особистий внесок здобувача полягає в одержанні наукових експериментальних результатів, що виносяться на захист, удосконаленні алгоритму визначення різнополярних пестицидів, методики систематичного аналізу малополярних та полярних гербіцидів в агроценозі сої, встановленні залежності швидкості їх детоксикації та впливу на метаболізм в рослинах сої від фізико-хімічних властивостей сполук, оцінці екологічного ризику застосування, статистичній обробці експериментальних даних, формулюванні висновків.

Апробація результатів дисертації. Основні результати доповідались на засіданнях Вченої ради Інституту захисту рослин УААН (2006 - 2009рр.), конференції молодих учених "Екологічно обґрунтований захист рослин" (Київ, 2005р.), міжнародній науково - практичній конференції "Інтегрований захист. Проблеми та перспективи" (Київ, 2006р.), науково-практичної конференції, присвяченої 80-річчю з дня народження професора Г.Ф. Наумова "Алелопатія та азотфіксація в агроекосистемах" (Харків, 2007р.), міжнародній науково-практичній конференції "Екологія: наука, освіта, природоохоронна діяльність" (Київ, 2007р.); на третій міжнародній конференції "Чистота довкілля в нашому місті" (Севастополь, 2007р.), Всеукраїнській науковій конференції молодих учених та спеціалістів "Інтегрований захист рослин в Україні" (Київ, 2008р.).

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 10 наукових праць, з них 4 статті у фахових виданнях, 6 тез.

Загальний обсяг та структура дисертації. Дисертація викладена на 175 сторінках комп'ютерного тексту, складається із вступу, 6 розділів, висновків, пропозицій виробництву, 2 додатків; містить 17 таблиць і 21 рисунок. Список використаних джерел налічує 199 найменувань вітчизняних та зарубіжних авторів.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Огляд літератури

На основі аналізу літературних джерел з екологічних питань хімічного захисту сої від бур'янів обґрунтована необхідність і важливість проведення моніторингу, який включає розробку методів аналізу, вивчення динаміки детоксикації гербіцидів в рослинах та ґрунті, оцінку небезпечності їх застосування як засобу управління якістю агроценозу і охорони навколишнього середовища.

Місце, об'єкти та методи проведення досліджень

Дослідження проводились у 2005-2009 рр. в лабораторії аналітичної хімії пестицидів Інституту захисту рослин НААН; вегетаційні дослідження в комплексі з відділом азотфіксації Інституту фізіології та генетики рослин НААН; польові дослідження з лабораторією гербіцидів Національного наукового дослідного центру "Інститут землеробства" НААН у Лісостеповій зоні в умовах дрібно ділянкового досліду.

Ґрунти - сірі опідзолені з вмістом гумусу 2,2%, рН сольової витяжки 6,1, здатність території до самоочищення - середня (зональний індекс самоочищення І_зон 0,5), ГТК 1,4 - 1,6.

Виробничу перевірку проводили на полях с. Ленінське (Спільне українсько - німецьке аграрне підприємство "Інтерагро Сквира"). Обсяг виробничої перевірки складав 2 га.

Випробовували гербіциди різних хімічних класів, з різним механізмом дії. Залишки гербіцидів визначали методом тонкошарової та газорідинної хроматографії за офіційно затвердженими Міністерством екології і природних ресурсів та адаптованими в лабораторії методиками. Ступінь небезпечності застосування пестицидів оцінювали за інтегральною 7-ми ступеневою шкалою. У роботі використовували прилади: хроматографи ЁЦвет - 106Ё, ЁPerkin-Elmer - 840Ё "Chrom 504" із полум'яно - іонізаційним детектором (ПІД), з електроннозахватним (ЕЗД) та азотно - фосфорним (NPD) детекторами, фотоелектроколориметер КФК - 2.

РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Аналіз пестицидів сучасного асортименту в агроценозі сої

Сучасні гербіциди є органічними сполуками різних хімічних класів, фізико-хімічні властивості яких зумовлені молекулярною будовою, що визначається за полярністю відповідно до величини дипольного моменту (м): неполярні - з величиною дипольних моментів від 0 до 2, малополярні - від 2 до 6 та полярні - більше 6 дебай. Досліджувані пестициди належать до малополярних (м від 2 до 6 Дебай) та полярних (м більше 6 Дебай) сполук. Розчинність, токсичність, стійкість в агроценозі корелюють з величиною м (коефіцієнт кореляції 0,7 - 0,8).

Методика визначення дипольного моменту пестицидів ґрунтується на співставленні швидкості руху сполуки в двох різнополярних фазах з близькою діелектричною проникністю в лінійному діапазоні.

Дипольний момент розраховують за формулою:

µ = (Rf₂² е ₁- Rf₁² е₂) / (Rf₂² - Rf₁²) (1)

де, µ - дипольний момент , Rf₂ - значення в більш полярній фазі; Rf₁ - значення в менш полярній фазі; е_1, е₂ - діелектрична проникність фаз.

Величина дипольного моменту сполуки (табл.1) дозволяє підібрати оптимальні умови кількісного та якісного визначення в рослинах, ґрунті, воді, тобто розробити алгоритм систематичного аналізу гербіцидів в об'єктах агроценозу. За алгоритмом розроблено методику одночасного визначення 14-ти гербіцидів, що дозволяє контролювати їх вміст в рослинах та ґрунті на рівні гігієнічних нормативів (МДР, ГДК), а також скоротити термін аналізу та матеріальні затрати. Вірогідність результатів забезпечується застосуванням різнополярних рухомих фаз та двох селективних детекторів: ЕЗД (нерухома фаза 5% SE-30) та (NPД) (нерухома фаза 1,5% OV-17+1,95% OV - 210).

Динаміка детоксикації гербіцидів у ґрунті

Детоксикація розглядається як процес зменшення токсичного потенціалу (вмісту) пестицидів за рахунок абіотичних та біотичних чинників.

За результатами досліджень встановлено, що при застосуванні в однакових ґрунтово-кліматичних умовах детоксикація гербіцидів у ґрунті зумовлена перш за все їх фізико-хімічними властивостями та корелює з полярністю сполук.

Вміст близьких за полярністю гербіцидів при застосуванні з нормою витрати від 0,90 до 1,5 кг/га за діючою речовиною на 25-30 добу після застосування виявлено в межах максимально допустимого рівня ( МДР: S-метолахлор 0,02 мг/кг, прометрин - 0,5 мг/кг, диметенамід - 0,07 мг/кг, алахлор - 0,10 мг/кг). Зі збільшенням норми витрати прометрину до 2,5 кг/га, термін визначення залишків на максимально допустимому рівні збільшується до 40 діб. Полярний гербіцид імазетапір уже на 12-ту добу виявлено на межі визначення 0,1 мг/кг при застосуванні з нормою витрати 0,05-0,10 г/га .

За результатами досліджень (рис. 1) встановлено, що розпад пестицидів у ґрунті відбувається за експоненційною моделлю, якій відповідає залежність:

С_t=С₀·е^-kt, де (2)

С₀ - значення концентрації пестициду мг/кг в початковий і t - період часу (доба); k - константа швидкості процесу розпаду, добу^-1 (частин за добу).

Використовуючи отримані дані та рівняння першого порядку розраховано константу швидкості розпаду k, період напіврозпаду (Т₅₀ ) та розпаду на 95% (Т₉₅ ) досліджуваних сполук у ґрунті.

Таблиця 1. Дипольний момент та фізико-хімічні властивості різнополярних пестицидів

Діюча речовина	Емпірична формула	µ± 0,02, Дебай	Розчинність, г/100г	Rf ±0,02, ацетон+гексан (4+1) (е=5,77)
			у воді (е=81,1)	в гексані (е=1,89)
Диметенамід	C12H18CLNO2S	2,21	0,024	не обм.	0,28
S-метолахлор	C15H22CLNO2	2,31	0,048	не обм.	0,34
Алахлор	C14H20CLNO2	2,42	0,050	не обм.	0,37
Прометрин	C10H19N5S	2,73	0,005	0,550	0,31
Пендиметалін	C13H19N3O4	2,79	0,045	доб. роз	0,23
Пропахізофоп	C22H22O5N3CL	2,83	0,019	0,150	0,38
Ацетохлор	C14H20 О2NCL	2,89	0,038	10,500	0,36
Хізалофоп-п-етил	C19H17CLN2O4	4,56	0,030	0,260	0,38
Клетодим	C17H26CLNO3S	4,70	0,540	>90,000	0,15
Метрибузин	C8H14N4OS	5,39	0,150	<0,200	0,11
Бентазон	C10H12N2O3S	5,50	0,500	<0,100	0,15
Тифенсульфурон - метил	C12H13N5O6S2	5,58	0,627	<0,100	0,05
Гліфосат	C3H8NO5P	6,51	>1,000	<0,001	0,00
Імазетапір	C15H19N3O3	20,2	>1,400	<0,001	0,00

Примітки: 1. не обм. - не обмежена. - змішуються; доб. роз. - добре розчиняються (більше 0,1%).



Рис.1 Динаміка детоксикації різнополярних гербіцидів у ґрунті, 2005-2008 рр.

1. Півот (імазетапір, 0,075 кг/га); 2. Фронтьєр (диметенамід, 0,9 кг/га); 3. Лассо (аллахлор, 0,96 кг/га); 4. Дуал Голд (S--метолахлор, 1,5 кг/га) 5. Гезагард (прометрин, 1,5 кг/га);6. Гезагард (прометрин, 2,5 кг/га)

Ці показники дозволяють оцінювати інтенсивність процесу детоксикації пестицидів в об'єктах навколишнього середовища і вміст їх залишків в будь-який момент часу і характеризують екотоксикологічну небезпеку їх застосування. Розраховані за цією моделлю дані співпадають з отриманими експериментальними даними (табл.2).

Таблиця 2. Динаміка вмісту гербіцидів у ґрунті під посівами сої в Лісостепу України (польовий дослід, 2005-2008 рр., с.м.т. Чабани)

Препарат, (діюча речовина)	Виявлено, мг/кг……на добу*	k± 0,02 доба-1	Т50 ±0,5, діб	Т95 ±1,0 діб
	1	5	10
Фронтьєр 90% к.е., 1 л/га; (диметенамід) 0,90 кг/га.	0,82 0,90	0,72 0,60	0,63 0,20	0,08	8,7	37,5
Гезагард 50% з.п., 3 л/га; (прометрин) 1,5 кг/га.	1,00 1,50	0,60 0,97	0,50 0,63	0,09	7,7	33,3
Гезагард 50% з.п., 5 л/га; (прометрин) 2,5 кг/га.	2,21 2,50	1,50 1,62	0,85 1,05	0,09	7,7	33,3
Дуал Голд 96% к.е.1,6л/га; (S-метолахлор) 1,5кг/га.	1,30 1,50	0,90 0,93	0,65 0,62	0,08	8,7	37,5
Лассо 48% к.е., 2 л/га; (аллахлор) 0,96 кг/га.	1,00 0,96	0,76 0,69	0,65 0,46	0,08	8,7	37,5
Півот 10% к.е., 0,75л/га; (імазетапір) 0,075кг/га.	0,05 0,075	Н 0,020	Н 0,005	0,26	2,7	11,5

Примітка: 1. *- в чисельнику експериментальні дані на 8 годину після обробки; в знаменнику розрахункові; 2. Н - не визначено за відповідної межі визначення (0,01 - 0,10 мг/кг).

Моделювання динаміки вмісту залишків пестицидів у рослинах і ґрунті дозволяє представити результати в стислому вигляді; отримати вірогідні середні значення кількісних і якісних характеристик процесу з використанням усіх експериментальних точок динаміки; кількісно оцінити вплив сукупних факторів.

Вплив гербіцидів на ферментативну активність та чисельність ґрунтових мікроорганізмів у ризосфері сої

За результатами досліджень вплив гербіцидів на активність ферментів, чисельність мікроорганізмів в ризосфері сої корелює з полярністю сполук та нормами їх витрати (початкового токсичного потенціалу). Грунтовий, контактно-системної дії, малополярний прометрин (Гезагард 50% з.п.) з нормою витрати 1,5 кг/га помітно не впливає на активність ферментів. При застосуванні його з нормою витрати 2,5 кг/га активність ферментів знижується, особливо тих, що відповідають за перетворення азоту - протеази та уреази. При застосуванні до сходів полярного імазетапіру (Півот 10% в.р.к.) системної дії з нормою витрати 0,1 кг/га (тобто в 25 разів меншою за норму прометрину) була відмічена тенденція до підвищення активності всіх ферментів. У фазу бутонізації активність уреази збільшувалась вдвічі порівняно з контролем, активність протеази та фосфатази залишалась на рівні контролю. При зменшенні норми витрати імазетапіру до 0,05 кг/га (мінімальна рекомендована норма) активність ферментів залишалась на рівні контрольного варіанту.

Застосування імазетапіру після сходів дозволяє значно знизити його початковий токсичний потенціал і зменшити негативну дію на ферменти ґрунту.

Гербіциди пригнічують мікробіологічні процеси у ризосферному грунті сої протягом всього періоду вегетації пропорційно їх полярності та норми витрати (табл.3). Репресуючу дію гербіцидів можна зменшити при інокуляції насіння активним штамом ризобій Bradyrhizobium japonicum 634 б і обробки мікродобривом Віталист. Для зменшення токсичного навантаження на екосистему та впливу на наступні культури у сівозміні полярні гербіциди слід застосовувати після сходів сої.

Вплив гербіцидів на процеси азотфіксації

Застосування на посівах сої біологічно активних речовин (гербіцидів, мікродобрив, стимуляторів росту рослин та ін.) викликає фізіолого-біохімічні зміни, як у рослинах, так і у мікроорганізмах, що в свою чергу впливає на ефективність симбіозу.

За результатами досліджень (вегетаційних та польових) малополярні гербіциди при застосуванні з нормою витрати до 1,5 кг/га за діючою речовиною. не проявляли фітотоксичної дії на рослини сої (табл. 4), як у фазу 4-5 справжніх листків, так і у фазу бутонізації-початок цвітіння. При збільшенні норми витрати малополярного прометрину до 2,5 кг/га спостерігається фітотоксичний ефект: вміст хлорофілу в листках знижується майже втричі.

Вплив полярного імазетапіру при нормі витрати на порядок меншою - 0,05-0,10 кг/га є співвимірним з впливом малополярних гербіцидів. При цьому вміст хлорофілу в листках протягом онтогенезу рослин збільшується вдвічі, порівняно з контролем.

Одержані дані в польових дослідах з використанням препарату Півот, 10% в.р.к. (0,50, 0,75 та 1,00 л/га) свідчать про позитивний ефект гербіциду на симбіотичні взаємовідносини в бобово-ризобіальній системі

Загалом, застосування гербіцидів призводить до збільшення надземної маси рослин сої та кількості кореневих бульбочок, але зменшує розмір та азотфіксуючу активність останніх пропорційно полярності сполук та норми витрати препаратів.

Таблиця 3. Вплив різнополярних гербіцидів на чисельність ґрунтових мікроорганізмів у ризосфері сої (КУО бактерій в 1 г. обс. сух. ґрунту, млн. кл/мл. Вегетаційний дослід, 2006 - 2008 рр.)

Варіант	Фаза 4-5-ти справжніх листків	Фаза бутонізації, початок цвітіння
	Загальна МПА	Діазотрофи Ешбі	Загальна МПА	Діазотрофи Ешбі
1	2	3	4	5
1. Контроль (без інокуляції насіння сої)	3 ± 0,02	5 ± 0,02	15 ± 0,08	14 ± 0,08
2. Гезагард, 50% з.п., 5кг/га (внесення до сходів в грунт)	5 ± 0,02	2 ± 0,01	10 ± 0,05	2 ± 0,01
3. Півот, 10%, в.р.к.. 1л/га (обробка після сходів)	2 ± 0,01	8 ± 0,02	13 ± 0,02	23 ± 0,06
4. Віталист (обробка насіння, 2,5 л/т)	35 ± 0,02	25 ± 0,02	68 ± 0,02	44 ± 1,92
5. Віталист + Гезагард	51 ± 1,02	10 ± 0,05	85 ± 2,02	17 ± 1,06
6. Віталист + Півот	7 ± 0,02	17 ± 0,03	25 ± 0,02	13 ± 1,02
1-і. Контроль ( з інокуляцією Bradyrhizobium japonicum 634 б)	12 ± 0,04	22 ± 1,22	31 ± 1,02	36 ± 1,57
2-і. Гезагард, 50% з.п., 5 кг/га (внесення до сходів в грунт)	6 ± 0,01	14 ± 0,03	9 ± 0,02	30 ± 1,02
3-і. Півот, 10% в.р.к.. 1л/га (обробка після сходів)	49 ± 0,09	48± 1,02	107 ± 2,52	95 ± 2,01
4-і. Віталист (обробка насіння, 2,5 л/т)	81 ± 1,22	28± 1,20	158 ± 4,42	63 ± 3,12
5-і. Віталист + Гезагард	71 ± 1,02	158 ± 3,52	152 ± 3,45	135 ± 2,42
6-і. Віталист + Півот	92± 0,02	145± 0,02	168 ± 4,12	123 ± 2,32

Примітка: 1.МПА - мясо - пептонний агар. 2. Ешбі - безазотисте середовище, ( г/л): сахароза 20, K₂HPO₄ -0,2; MnSO₄ - 0,2; NaCl - 0.2; K₂SO₄ - 0.1, агар -15; мікроелементи

Таблиця 4. Вплив різнополярних гербіцидів на ріст, вміст хлорофілу і азотфіксуючу активність кореневих бульбочок сої (на рослину) (польовий дослід 2005-2008 рр., фаза бутонізації - початок цвітіння, с.м.т. Чабани)

Варіант	Вміст хлорофілу, мг/г	Надземна маса, г	Бульбочки, шт.	АВА, мкмоль С2Н4 /за годину
1. Контроль	3,65-9,51	4,55-6,90	12,91±1,20	5,0±0,3
2. Фронтьєр 90%к.е. 1 л/га	4,70-12,52	6,23-8,22	17,15±0,70	4,5±0,1
3. Дуал Голд 96%к.е. 1,6	4,25-10,14	5,25-8,18	27,00±0,70	3,4±0,2
4. Лассо 48% к.е. 2 л/га	3,90-7,60	4,50-8,45	17,5±1,20	3,2±0,1
5. Гезагард 50% з.п. 3 л/га	4,12-8,78	4,90-7,93	15,24±1,50	1,3±0,1
6. Гезагард 50% з.п. 5 л/га	2,20-3,15	4,95-6,39	9,73±1,30	1,2±0,2
7. Півот 10% к.е. 0,75 л/га	10,27-18,50	6,70-9,67	19,11±2,00	3,4±0,1

Примітка: 1. Гербіциди розташовані в порядку збільшення величини дипольного моменту м. 2. ? не виявлено на рівні чутливості визначення 0,01-0,05 мг/кг

Інтегральна ступінь небезпечгості застосування гербіцидів

За інтегральною класифікацією, яка враховує токсиколого-гігієнічні та екотоксикологічні властивості відповідно 7-ми ступеневої шкали гербіциди сучасного асортименту відносяться до помірно небезпечних (4-5 ступінь) та малонебезпечних сполук (6-7 ступінь). Небезпечність застосування препаратів визначали, враховуючи вміст діючої речовини та норму витрати за середньозваженим ступенем (Q, ) за формулою:

Q = (С_{н 1}х m ₁ /Н₁ +С_{н 2} х m ₂ /Н₂ + ……. + С_{н n} х m _n /Н_п ) : п , де (3)

m _1…… - вміст діючої речовини, кг/га ;

Н - норма витрати , кг/га.

п - кількість діючих речовин в комбінованому препараті

З екологічної точки зору середньозважений ступінь характеризує препарати за пріоритетним впливом на агроценози. Тому за цим показником препарат Півот, що містить полярний малонебезпечний імазетапір 6 ступеня небезпечності, слід віднести до високо небезпечного 1 класу. Фронтьєр, Дуал Голд, Лассо, що містять малополярні діючи речовини 4-5 ступеня - до помірно небезпечного 3 класу, а Гезагард, що містить мало полярний прометрин також 5 ступеня, - до небезпечного 2 класу (табл. 5).

Удосконалення хімічного захисту сої від шкідливих організмів можливе при зменшенні сезонного навантаження на агроценоз (початкового токсичного потенціалу) за рахунок застосування препаратів, ефективних з малими нормами витрати, що дозволяє одержати якісну продукцію та забезпечити охорону навколишнього середовища.

Таблиця 5. Характеристика пестицидів сучасного асортименту за ступенем небезпечності їх застосування

№	Препарат л/га, (діюча речовина л/га)	Вміст в урожаї, мг/кг	ЛД50 мг/кг	µ± 0,02 Д	k± 0,02 діб-1	Т50± 0,05, діб	Т95± діб	(КА) (КБ)	Сн	Q	ГДК/ МДР мг/кг
		Експер.	Розра хункове Ч103
1	Фронтьєр 90% к.е., 1 л/га; (диметенамід) 0,90 кг/га.	Н	1,2	1570	2,3	0,08	8,7	37,5	4 2	5	4,5	0,04/ 0,07
2	Гезагард 50% з.п., 3 л/га; (прометрин) 1,5кг/га.	Н	7,2	1800	2,5	0,09	7,7	33,3	4 2	5	2,5	0,10/ 0,50
3	Гезагард 50% з.п., 5 л/га; (прометрин) 2,5кг/га.	Н	1,5	1800	2,5	0,09	7,7	33,3	4 2	5	2,5	0,10/ 0,50
4	Дуал Голд 96% к.е., 1,6 л/га; (S-метолахлор) 1,5кг\га.	Н	3,7	2780	2,2	0,08	8,7	37,5	4 2	5	4,7	0,04/ 0,02
5	Лассо 48% к.е., 2 л/га; (аллахлор) 1,9 кг/га.	Н	6,1	930	2,4	0,08	8,7	37,5	3 2	4	3,8	0,03/ 0,10
6	Півот 10% в.р., 0,75л/га; (імазетапір) 0,075кг/га.	Н	3,6 10-10	5000	20,2	0,26	2,7	11,5	4 3	6	0,4	0,50/ 0,70

Примітка: Н - не виявлено при межі визначення 0,01- 0,1 мг/кг

ВИСНОВКИ

1. Застосування гербіцидів необхідно розглядати, як один із засобів управління якістю агроекосистеми, що базується на розумінні закономірностей динаміки вмісту гербіцидів, часу їх зберігання в різних середовищах, дії на компоненти агроценозу, на процеси, від яких залежить якість продукції та стан довкілля.

2. Застосування гербіцидів засновано на аналізі трьох основних параметрів: їх фізико-хімічних та токсикологічних властивостей, навантаження на агроекосистему та особливості культури. Доведено, що фізико-хімічні та екотоксикологічні властивості гербіцидів зумовлені їх полярністю, яка характеризується величиною дипольного моменту (м). До малополярних сполук контактно-системної дії відносяться сполуки з м більше 2 та менше 6 Дебай: диметенамід - 2,21; метолахлор - 2,31; алахлор - 2,42; прометрин - 2,73; пендиметалін - 2,79; пропахізофоп - 2,83; ацетохлор - 2,89; хізалофоп -п - етил -4,56; клетодим - 4,70; метрибузин - 5,36; бентазон - 5,50; тифенсульфурон - метил - 5,58; до полярних сполук системної дії з м більше 6 Д: гліфосат - 6,51 та імазетапір - 20,2.

3. Розроблено алгоритм систематичного аналізу різнополярних пестицидів в рослинах, зерні сої та ґрунті, який дозволяє за величиною м підібрати оптимальні умови вилучення, очищення, якісного та кількісного визначення фізико-хімічними методами (ТШХ, ГРХ, спектрофотометрія) для кожної сполуки окремо та їх суміші. За алгоритмом розроблено методику одночасного визначення 14 гербіцидів в рослинах та ґрунті, яка дозволяє контролювати їх вміст на рівні гігієнічних нормативів (МДР, ГДК), скоротити термін аналізу та матеріальні затрати.

4. За результатами досліджень встановлено, що детоксикація гербіцидів у ґрунті в умовах Лісостепу під впливом абіотичних та біотичних чинників відбувається за експоненційною моделлю. Розраховані показники цього процесу: константа швидкості детоксикації (k±0,01, частин за добу), період напіврозпаду (Т₅₀ ± 0,5, діб) і повного розпаду (Т₉₅ ± 3,5, діб). Швидкість детоксикації гербіцидів прямо пропорційно залежить від полярності сполук. Малополярні гербіциди розпадаються зі швидкістю 0,07-0,10 частин за добу, полярні значно швидше.

5. Доведено, що залежність швидкості детоксикації гербіцидів (k) від величини дипольного моменту (м) сполуки є кореляцією (коефіцієнт кореляції 0,7-0,9; коефіцієнт детермінації до 0,8) і описується рівнянням:

k_роз = 0,056 м - 0,025

для умов Лісостепу (ґрунт - сірий опідзолений, ГТК 1,4-1,6), яке може бути використане для екотоксикологічного скринінгу гербіцидів в агроценозі.

6. Встановлено, що вплив гербіцидів на процеси азотфіксації, ферментативну активність ґрунту, на вміст ґрунтових мікроорганізмів у ризосфері сої корелює з їх полярністю і залежить від норми витрати та технології застосування. При застосуванні до сходів малополярного прометрину (Гезагард 50% з.п.) контактно-системної дії з нормою витрати 2,5 кг/га активність ферментів знижується, особливо тих, що відповідають за перетворення азоту - протеази та уреази. При застосуванні до сходів полярного імазетапіру (Півот 10% в.р.к.) системної дії з нормою витрати 0,1 кг/га (тобто в 25 разів меншою за норму гезагарду) була відмічена тенденція до підвищення активності всіх ферментів.

7. Різнополярні гербіциди не впливають на ріст бульбочкових бактерій, але їх дія на азотфіксуючу активність сої (активність окисно-відновних ферментів - пероксидази, каталази та поліфенолоксидази) прямо пропорційно залежить від полярності сполук.

8. Зниження фітотоксичної дії гербіцидів, яка виражається в пригніченні ростових процесів та поліпшенні функціонування симбіотичної системи сої здійснюється за рахунок інокуляції насіння активним штамом бульбочкових бактерій (Bradyrhizobium japonicum 634б) в комплексі з мікродобривом Віталист.

9. За інтегральною класифікацією, яка враховує токсиколого-гігієнічні та екотоксикологічні властивості відповідно 7-ми ступеневої шкали, гербіциди сучасного асортименту належать до помірно небезпечних (4-5 ступінь) та малонебезпечних (6-7 ступінь) сполук. Середньозважений ступінь характеризує препарати за пріоритетним впливом на агроценози. За цим показником препарат Півот, що містить полярний мало небезпечний імазетапір 6 ступеня небезпечності, слід віднести до високо небезпечного 1 класу, Фронтьєр, Дуал Голд, Лассо, що містять малополярні діючи речовини 4-5 ступеня, до помірно небезпечного 3 класу, а Гезагард, що містить мало полярний прометрин також 5 ступеня - до небезпечного 2 класу.

10 Удосконалення хімічного захисту сої від бур'янів можливе при зменшенні сезонного навантаження на агроценоз за рахунок застосування препаратів, ефективних з малими нормами витрати, що дозволяє одержати якісну продукцію та забезпечити охорону навколишнього середовища.

Пропозиції виробництву

1. Моніторинг гербіцидів в агроценозі сої є необхідним для удосконалення їх асортименту та раціонального застосування.

За результатами досліджень препарати Стомп, Фитал, Віталист включені в "Перелік пестицидів і агрохімікатів дозволених до використання в Україні"

2. Розроблені та офіційно затверджені методики з визначення гербіцидів в рослинах, ґрунті, воді можуть використовувати санітарно - епідеміологічні станції МОЗ України та країн СНД агрохімічні контрольно-токсикологічні лабораторії Міністерства АПК та інші лабораторії для контролю залишків гербіцидів в продуктах харчування, кормах та навколишньому середовищі.

3. Необхідно проводити інокуляцію насіння сої активним виробничим штамом бульбочкових бактерій Bradyrhizobium japonicum 634б в комплексі з поліфункціональним мікродобривом (Віталист та ін. ) для зменшення фітотоксичної дії гербіцидів, покращення функціонування симбіотичної системи сої та родючості ґрунту.

4. Для зниження початкового токсичного потенціалу та запобігання негативної післядії гербіцидів в сівозміні, застосовувати малополярні гербіциди з дипольним моментом від 2 до 6 дебай, як до сходів культури, так і після сходів, а полярні з дипольним моментом більше 6 дебай - тільки після сходів культури.

СПИСОК НАУКОВИХ ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Журавська Г.С.* Екотоксикологічна характеристика гербіцидів, застосовуваних при вирощуванні сої / Г.С. Журавська // Захист і карантин рослин: Міжвідомчий тематичний науковий збірник. - К.- 2008. - № 54. - С. 191 - 197.

Бублик Л.І. Систематичний аналіз гербіцидів в об'єктах агроценозу сої хроматографічними методами / Людмила Бублик, Галина Журавська // Наукові доповіді Національного університету біоресурсів і природокористування України. - 2009. - №3.- С. 15.

Бублик Л.І. Детоксикація гербіцидів у ґрунті / Л.І. Бублик, Г.С. Журавська, Ф.Й. Брухаль // Карантин і захист рослин . - 2007. - №11. - С. 14 - 16.

Кругова О.Д. Віталіст стимулює посіви сої / О.Д. Кругова, Н.М. Мандровська, Л.І. Бублик, [та ін.]// Карантин і захист рослин. - 2008.- №7.- С. 19 - 20.

Журавська Г.С. Класифікація гербіцидів, використовуваних для захисту сої, за полярністю / Екологічно обґрунтований захист рослин [Тези доповідей конференції молодих учених] (Київ,4-7 жовтня, 2005р.) - К. - 2005. - С. 158-161.

Бублик Л.І. Детоксикація гербіцидів у ґрунті на посівах сої в Лісостепу України / Інтегрований захист рослин. Проблеми та перспективи [Тези міжнародної науково - практичної конференції молодих учених] (Київ, 13-16 листопада, 2006р.). - К. - 2006. - С. 233 - 235.

Журавська Г.С. Вплив ґрунтових та післясходових гербіцидів на процес азотфіксації у посівах сої / Екологія: наука, освіта, природоохоронна діяльність [Тези міжнародної науково - практична конференції] К. - 2007 - С. 24.

Журавська Г.С. Вплив гербіцидів на ферментативну активність ґрунту / Третя міжнародна конференція Чистота довкілля в нашому місті [Тези праці та повідомлення] (Севастополь, 2-5 жовтня 2007 р.). - Севастополь. - 2007. - С. 84.

Журавська Г.С. Вплив гербіцидів на азотфіксуючу активність кореневих бульбочок та вміст хлорофілу в листках рослин сої / Алелопатія та азотфіксація в агроекосистемах [Тези науково-практичної конференції, присвяченої 80-річчю з дня народження професора Г.Ф. Наумова ] (Харків, 15-16 листопада, 2007 р). - Харків. - 2007. - С. 84-85.

Журавська Г.С. Визначення різнополярних пестицидів у сої та ґрунті хроматографічними методами / Інтегрований захист рослин в Україні [Тези доповідей Всеукраїнської наукової конференції молодих учених ба спеціалістів] (3-5 грудня 2008 р.) - К. - 2008. С. 104-105.

Примітка: прізвище Журавська Г.С. змінено на Діденко Г.С.

АНОТАЦІЯ

Діденко Г.С. Екотоксикологічне обгрунтування застосування гербіцидів на посівах сої в Лісостепу України. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук за спеціальністю 03.00.16 - екологія - Інститут захисту рослин НААН України, Київ, 2011 р.

В дисертаційній роботі представлено результати екотоксикологічного моніторингу гербіцидів в агроценозі сої. Вперше встановлено кореляційну залежність їх екотоксикологічних властивостей від полярності сполук.

Визначено дипольні моменти (м), які є функцією молекулярної будови, та класифіковано за полярністю гербіциди сучасного асортименту, що застосовується для захисту сої. Розроблено алгоритм систематичного аналізу різнополярних гербіцидів в об'єктах агроценозу сої методами тонкошарової та газорідинної хроматографії, що дозволяє підібрати оптимальні умови вилучення, очистки, якісного та кількісного визначення як для кожного пестициду, так і їх суміші та контролювати їх вміст на рівні гігієнічних нормативів.

Механізм дії гербіцидів, вплив на ферментативну активність та чисельність мікроорганізмів ґрунту, на створення симбіотичного апарату, на процеси азотфіксації у рослин корелює з полярністю сполук, залежить від технології їх застосування та норми витрати: малополярні гербіциди різних хімічних класів при застосуванні з нормою витрати 0,9 -1,5 кг/га, полярні з нормою витирати на порядок меншою - 0,05-0,01 кг/га діють як стресовий чинник. Інокуляція насіння активним штамом Bradyrhizobium japonicum 634б та обробка мікродобривом Віталист повністю знімає токсичний ефект і стимулює метаболічні процеси.

За інтегральною класифікацією, що враховує токсиколого-гігієнічні та екотоксикологічні показники, за 7 - бальною шкалою гербіциди (активні речовини) відносяться до малополярних помірно небезпечних (4-5 ступінь), та полярних (6-7 ступінь) малонебезпечних сполук.

За пріоритетом негативного впливу на агроценоз запропоновано середньозважений ступінь небезпечності, що враховує вміст діючої речовини та норму витрати препарату. За цим показником препарат Півот, що містить полярний малонебезпечний імазетапір, слід віднести до першого класу високо небезпечних препаратів.

Ключові слова: екотоксикологія, гербіциди, соя, ґрунт, метаболізм, ступінь небезпечності.

АННОТАЦИЯ

Диденко Г.С. Экотоксикологическое обоснование применения гербицидов на посевах сои в Лесостепи Украины. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук по специальности 03.00.16 - экология - Институт защиты растений НААН Украины, Киев, 2011 р.

В диссертационной работе представлены результаты экотоксикологического мониторинга гербицидов в агроценозе сои, который включает разработку методов определения гербицидов, изучение процессов их детоксикации (уменьшение начального токсического потенциала), оценку степени опасности их применения в условиях Лесостепи Украины. Впервые установлено, что зависимость физико-химических и экотоксикологических свойств от полярности соединений является корреляцией ( коэффициент корреляции 0,7-0,9; детерминации - 0,8). Свойства пестицидов обусловлены полярностью активных веществ и характеризуются величиной дипольного момента (µ). Определены дипольные моменты (м), которые являются функцией молекулярного строения, и классифицированы по полярности гербициды современного ассортимента для защиты сои. Разработан алгоритм систематического анализа разнополярных гербицидов в объектах агроценоза методами тонкослойной и газожидкостной хроматографии. Алгоритм позволяет подобрать оптимальные условия извлечения, очистки, качественного и количественного определения для каждого пестицида и их смеси. Разработана методика одновременного определения в растениях и почве 14 гербицидов, которая позволяет контролировать остатки гербицидов на уровне гигиенических нормативов.

Механизм действия гербицидов, влияние их на ферментативную активность и численность микроорганизмов в почве, на создание симбиотической системы, на процессы азотфиксации в растениях коррелирует с полярностью соединений, зависит от технологи их применения и нормы расхода: малополярные гербициды разных химических классов при применении с нормой расхода 0,9 -1,5 кг/га (диметенамид, алахлор, ацетохлор, прометрин, S - метолахлор, пропахизофоп, метрибузин, бентазон, пендиметалин, клетодим), полярные (тифенсульфурон-метил, имазетапир, глифосат) с нормой расхода на порядок меньше - 0,05-0,01 кг/га действуют как стресс. Инокуляция семян активным штаммом Bradyrhizobium japonicum 634б и обработка микроудобрением Виталист полностью снимает токсический эффект и стимулирует метаболические процессы в растениях и почве.

Для оценки опасности гербицидов используется 7 -ми степенная интегральная классификация, которая учитывает токсиколого-гигиенические и экотоксикологические свойства. Основной ассортимент гербицидов (активные вещества) относится к малополярным умеренно опасным (4-5степень) соединениям, полярные гербициды - к малоопасным (6-7 степень).

Для оценки опасности применения препаратов предложена средневзвешенная степень, которая учитывает содержание действующего вещества и норму расхода препарата. По этому показателю препарат Пивот, который содержит полярный малоопасный имазетапир, следует отнести к 1 -му очень опасному классу препаратов.

Ключевые слова: экотоксикология, гербициды, соя, почва, метаболизм, степень опасности.

ANNOTATION

Didenko G.S. Ecotoxicological substantiation of herbicides application under soybean growing in Forest-Steppe zones of Ukraine. - Manuscript.

The thesis for a candidate degree of agricultural sciences, the specialty 03.00.16 - ecology. - The Institute of Plant Protection of NAAS of Ukraine, Kyiv, 2011.

This dissertation presents the results of investigation of ecotoxicological monitoring of herbicides application under soybean growing.

Correlation dependence has been stated of herbicides ecotoxicological properties and compounds polarity. The values of dipolar moments (µ) were determined. Herbicides of a renovated assortment were classified by their polarity. It was established that the modern assortment of herbicides includes basically compounds with low polarity and polarity.

According to the value µ the algorithm has been developed for determination of heteropolar herbicides in soybean and soil.

Dynamics of detoxication for herbicides has been investigated. Indices of their decomposition in soil and plant tissues were established.

The herbicides influence upon the soybean metabolism (symbiotic nitrogen fixation, activity of the ferments in plant and soil) correlatively depends on its polarity.No toxicological effect of herbicides upon soybean plants has been revealed, applying inoculation with nodule bacteria Bradyrhizobium japonicum 634б and fertilizer Vytalist.

The degree of hazard of application for herbicides according to integrated classification was determined.

The middle - weight indices of degree of hazard for preparation was suggested. It takes into account rates and active component.

Key words: ecotoxicological, herbicides, metabolism, soybean, soil, degree of hazard.

Размещено на Allbest.ru

...