Детоксицирующая способность почв и выделенных из них гуминовых кислот по отношению к гербицидам, страница 2

Врегионах с теплым и влажным климатом период полной инактивациистойких к разложению гербицидов может быть сужен до одноговегетационного периода. Так, проведенные в Индии исследования7показали, что пестициды, период полураспада которых в странах сумереннымклиматомсоставлялнескольколет,вэтойстранеразлагались менее чем за 6 месяцев (Лунев, 1992).Говоря о поведении гербицидов в почве, следует выделить дваосновных процесса - это их закрепление (связывание) почвеннымикомпонентами и миграция по профилю. Миграция токсиканта попочвенному профилю зависит от его растворимости, вносимой дозы,количества осадков, а также от способности почвы удерживатьтоксикант (“Миграция и детоксикация ...”, 1970). Последняя в основномопределяется обогащенностью почвы органическим веществом и еемеханическим составом (Самгин, 1975; Schiavon, 1988; Helling et al, 1988;Gilchrist et al., 1993; Sigua et al, 1995).

Большое значение имеет ихимическая природа гербицида. Например, при изучении миграции 28гербицидов методом почвенных колонок (Соколов и Стрекозов, 1970)наиболееподвижнымиоказалисьпроизводныеароматическихкарбоновых кислот, наименее подвижными - производные толуидина.Сильно адсорбируемые почвой дипиридиловые гербициды практическине передвигались по почвенному профилю; даже в чистом пескепаракват при норме внесения 18 кг/га передвигался лишь до глубины 1 2,5 см, а дикват - до 8 см.

В то же время слабо адсорбируемые почвой ихорошо растворимые в воде производные фенилуксусной и бензойнойкислоты (фенак, 2,3,6-ТБК) обнаруживали на глубине 0,6 - 3,0 м(Соколов и Стрекозов, 1970).Гербициды-производныенитроанилинов,вчастности,трифлуралин обладают очень низкой миграционной способностью(Майер-Боде, 1972; Tutarli et al., 1995; Tworkoski et al., 1996). Из-за малойрастворимости в воде и адсорбции составными частями почвыгербициды этого класса только в небольших количествах вымываются вболее глубокие слои.8Гербициды класса сим-триазинов характеризуются ограниченноймиграцией по почвенному профилю.

Основная масса сим-триазиновобычно содержится в верхнем слое 0-5 см. Опытами Лебедевой иШустровой (1975), изучавших влияние свойств почв на перемещениесимазина, было показано, что в торфе и глине гербицид не перемещалсяниже 5 см, несмотря на создание условий интенсивного промывания. Вдерново-подзолистойсуглинистойхорошоокультуреннойпочвемаксимальная концентрация гербицида содержалась в слое 0 - 15 см, а впеске самым токсичным оказался слой 15 - 20 см. Таким образом,утяжелениемеханическогосоставаиувеличениесодержанияорганического вещества способствовало адсорбционному закреплениютоксиканта и ограничению его перемещения. Данный вывод можноотнести ко всем гербицидам группы сим-триазинов.При изучении адсорбционной способности почв по отношению кгербицидам очень трудно оценить отдельный вклад органической иминеральнойфракций,образующихединыйглинисто-гумусовыйкомплекс.

По мнению ряда исследователей (Hance, 1969; Menzer &Nelson, 1986), содержание в почве более нескольких процентоворганического вещества способно полностью блокировать поверхностиглинистых минералов и сделать их недоступными для молекулгербицидов.Однимизнаиболеераспространенныхспособовопределения сорбционной способности минеральной составляющейявляются лабораторные эксперименты с очищенными минералами. Сприменением данного метода было установлено, что глинистыеминералы могут адсорбировать гербициды различных классов каквнешнейповерхностью,такизаключатьихвмеждуслойныепространства.

При этом сорбционная емкость глинистых минераловопределяется площадью поверхности, емкостью катионного обмена ивидом насыщающего катиона (Weber, 1970; Carringer et al., 1975; Terse &9Calvet, 1978; Gilchrist et al., 1993). Однако органическое вещество почв,содержащее большое количество компонентов, способных к различномухимическому и физическому взаимодействию с гербицидами, вбольшинстве случаев играет преобладающую роль в связываниитоксикантов. Так, обладая одинаковой удельной поверхностью в 500-800м2/г, верховой торф сорбировал 91,8 мкг атразина на 1 кг торфа, амонтмориллонит - только 4,3 мкг (Соколов и Стрекозов, 1970).Остатки гербицида, связанные почвой, могут представлять собойкак исходное соединение, так и продукты его разложения.

Ихсодержание в почве может варьировать от нескольких процентов до 90%от примененного вещества в зависимости от химического классагербицида. Так, для триазиновых гербицидов было найдено, чтосвязанные почвой остатки составляют 47 - 57% от внесенной дозы; дляпроизводных нитроанилинов - от 7 до 85% (табл. 1).Таблица 1. Содержание “связанных” остатков гербицидов в почвах(Кэлдербенк, 1993).ГербицидыАнилиды и мочевиныСвязанные остатки,% от применного количества34-90Производные дипиридилия10-90Нитроанилины7-85Феноксипроизводные28Фосфонаты(глифосат)12-95Триазины47-57Особая трудность заключается в дифференциации связанныхостатков на исходное соединение и продукт (продукты) его разложения,что связано с применением жестких воздействий при экстрагированиисоединения из почвы.

При этом может происходить изменениехимической природы остатка. Во многих случаях содержащее связанные10остатки органическое вещество можно фракционировать на гуминовыекислоты, фульвокислоты и гумин, причем все фракции будут содержатьв своем составе продукты разложения гербицидов (Hayes, 1970; Meikle etal., 1976; Nearpass, 1976; Nelson et al., 1983).Связываниегербицидоворгано-минеральными компонентамипочвы имеет различные последствия.

Во-первых, может возникнутьнеобходимость в использовании больших доз препарата для достиженияжелаемого эффекта, поскольку инкорпорирование гербицида в глинистогумусовую фракцию в большинстве случаев приводит к потере егобиологической активности (Kaufman et al., 1976; Riley et al., 1976;Сюняев, 1984; Тейт, 1991; Barriuso & Koskinen, 1996). Во-вторых,взаимодействие гербицидов с органическим веществом почвы можетразличным образом влиять на скорость их разложения. С одной стороны,долговечность гербицида может повышаться в результате ограничениябиодеградации вследствие эффекта защиты вещества от микробноговоздействиязасчетфизическогоблокированиядоступаклетокмикроорганизмов и ферментов к субстрату (Smith et al., 1988; Тейт,1991).

При этом скорость деградации соединения, по-видимому, будетопределяться скоростью трансформации самого органического вещества.С другой стороны, внесение в почву свежих растительных остатков, атакжепрепаратовактивностигуминовыхнекоторыхвеществпочвенныхспособствуетферментов,увеличениюотвечающихзадеградацию гербицида, что может ускорить и процесс разложениятоксиканта, связанного с органическим веществом (Кузьмич, 1990;Berger et al., 1996).Таким образом, при попадании в почву гербициды испытываютвлияние различных почвенных факторов, что изменяет степень ихтоксичности. При этом следует отметить, что для обозначенияспособностипочвыснижатьтоксическийэффектгербицидов в11литературеупотребляютсяразличныетермины:инактивирующаяспособность, устойчивость почв по отношению к гербицидномузагрязнению, способность почв к снижению токсического эффектагербицида (“Гербициды ...”, 1990).

В настоящей работе использовалсятермин“детоксицирующаяспособность”(илидетоксицирующийпотенциал), под которым в отношении почв понималась их способностьснижать токсичность гербицида при действии всех почвенных факторов,препятствуя таким образом угнетению растений. Данный терминрассматривался как эквивалент понятию “устойчивость почв поотношению к гербицидному загрязнению”. В отношении препаратов ГКпонималась их способность инактивировать гербицид путем его“связывания” и (или) перевода в нетоксичную форму.1.1.2.Влияниетиповойпринадлежностипочвнаихустойчивость по отношению к гербицидному загрязнениюДетоксикация гербицидов в почве достигается при комплексномпротекании трех процессов, а именно, адсорбции, разложения иперемещения токсикантов в почвенном профиле.

При этом адсорбцияявляется, по-видимому, ведущим фактором, поскольку, во-первых,значительный процент практически всех применяемых в настоящеевремяпрепаратовсвязываетсяпочвеннымикомпонентами("Гербициды...", 1990), и во-вторых, адсорбированный токсикант можетхарактеризоваться совершенно отличной от исходного соединениябиологическойактивностью,способностьюкразложениюиперемещению (“Разложение гербицидов”, 1971; Saxena & Bartha, 1983).Адсорбционнаяспособностьпочвопределяетсякомплексомпочвенно-биоклиматических условий, т.е.

типовой принадлежностьюпочв, а также в значительной степени зависит от вида их использования(Войтехова, 1969; Спиридонов, Каменский, 1970; Raman et al., 1988;Barriuso & Calvet, 1992). Тип почвы определяет общее содержание,12состав и свойства органического вещества, ведущую роль которого впроцессах связывания и детоксикации гербицидов отмечают многиеисследователи (Hayes, 1970; Березовский, Немова, 1973; Smith, 1982;Beck & Jones, 1996). Например, для получения достаточного эффекта отгербицидов - производных триазина и фенилдиметилмочевины в опытахВойтеховой (1969) на черноземах потребовалось внести в 20-30 большиедозы препаратов, чем на сероземах, при содержании гумуса 6 и 1%,соответственно. По данным того же автора, количества гербицидов,вызывавшие 50%-ное снижение веса тест-растений на различных почвах,существенно варьировали в зависимости от их агрохимическиххарактеристик (табл.

2). Минимальное значение ЕД50 наблюдалось наинертном наполнителе - песке, не содержащем органического вещества.Таблица 2. Дозы гербицидов (мг/сосуд), вызывавшие снижение весарастений на 50% (ЕД50) на различных почвах (Войтехова, 1969).рНводнПочвыЧернозем мощныйЧерноземвыщелоченныйДерновоподзолистыйсуглинокСероземПесок5,84,7Гумус поЕД50Тюрину, % Симазин Атразин Атратон5,840,850,500,666,040,940,641,854,081,600,0900,0660,587,2-1,10-0,0440,0180,0400,0100,0420,045Сравнение действия сим-триазинов в торфяной и дерновоподзолистой почвах при дозах внесения, вызывающих 50%-ноеторможение роста растения-индикатора, показало, что в торфяной почвеэто ингибирующее действие ниже, чем в дерново-подзолистой поатразину в 7,8, по симазину - в 9,0, по пропазину - в 9,3 и по прометрину- в 13,5 раз (Березовский, Немова, 1973).13Корреляционный анализ, проведенный Barriuso & Calvet (1992) поданным экспериментов с 58 образцами почв восьми типов такжепродемонстрировалналичиелинейнойзависимостиколичестваадсорбированного атразина от содержания органического углерода(r=0.90).Изучение фитотоксичности тербацила и трифлуралина на десятитипах почв Новой Зеландии при содержании органического вещества от5 до 62% (Rahman, 1977) показало, что на почвах с низкойобеспеченностью органическим веществом наблюдалось значительноепролонгированиеостаточнойактивностипрепаратов;внесениетрифлуралина в максимальной дозе 4 кг/га приводило к полной гибелирастений-индикаторов на всех почвах, за исключением торфяной.