Связывающая способность и детоксицирующие свойства гумусовых кислот по отношению к атразину

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М. В. ЛОМОНОСОВАФАКУЛЬТЕТ ПОЧВОВЕДЕНИЯНа правах рукописиУДК 632. 954: 631.417Куликова Наталья АлександровнаСВЯЗЫВАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ И ДЕТОКСИЦИРУЮЩИЕ СВОЙСТВА ГУМУСОВЫХКИСЛОТ ПО ОТНОШЕНИЮ К АТРАЗИНУ(Специальность 03.00.27-почвоведение)Диссертация на соискание ученой степеникандидата биологических наукНаучные руководители:кандидат биологических наук,доцент Г.Ф. Лебедевакандидат химических наук,старший научный сотрудникИ.В.

ПерминоваНаучные консультанты:доктор биологических наукД.Н. Маториндоктор биологических наукП.С. ВенедиктовМОСКВА – 19992СОДЕРЖАНИЕВВЕДЕНИЕ................................................................................................................... 4Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.............................................................................. 61.1. Строение и свойства гумусовых кислот............................................................... 61.1.1. Общая характеристика гумусовых кислот ............................................... 61.1.2. Взаимодействие гумусовых кислот с минералами................................

201.2. Взаимодействие гумусовых кислот с атразином............................................... 241.2.1. Поведение сим-триазиновых гербицидов в почве ................................ 241.2.2. Взаимодействие атразина с гумусовыми кислотамив почвенной среде......................................................................................

281.3. Детоксицирующие свойства гумусовых кислот по отношениюк атразину ............................................................................................................ 391.3.1. Гербицидная активность атразина.......................................................... 401.3.2. Физиологическая активность гумусовых кислот .................................. 411.3.3. Детоксицирующие свойства гумусовых кислот по отношению к симтриазиновым гербицидам ......................................................................... 45Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ.................................................................... 512.1.

Отбор и характеристика почвенных образцов .................................................. 512.2. Выделение препаратов гумусовых кислот......................................................... 512.3. Характеристика гумусовых кислот .................................................................... 542.3.1. Элементный анализ ................................................................................. 542.3.2.

Методика 13С ЯМР спектроскопического анализа................................ 552.3.3. Методика гель-хроматографического определения молекулярныхмасс.............................................................................................................. 562.3.4. Методика потенциометрического определения кислотных групп...... 582.4. Методика приготовления адсорбционных комплексовкаолинит-гумусовые кислоты............................................................................ 592.5.

Исследование связывания атразина гумусовыми кислотами .......................... 602.5.1. Методика определения связывающей способности растворенныхгумусовых кислот по отношению к атразину с использованиемультрафильтрации .................................................................................. 602.5.2.

Техника экспериментов по определению связывающей способностиадсорбционных комплексов гумусовых кислот по отношению катразину................................................................................................... 612.6. Постановка токсикологических экспериментов ............................................... 622.6.1. Постановка лабораторно-вегетационных экспериментов ....................

622.6.2. Проведение токсикологических экспериментов в водных средах ...... 64Глава 3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ .......................................................... 7733.1. Характеристика исследованных почв ................................................................ 773.2. Выделение и характеристика препаратов гумусовых кислот ..........................

783.2.1. Элементный состав................................................................................... 783.2.2. Молекулярно-массовые характеристики исследованных препаратовгумусовых кислот ...................................................................................... 823.2.3. Распределение углерода в исследованных препаратах гумусовыхкислот по данным 13С ЯМР спектроскопии ............................................ 903.2.4.

Содержание кислотных групп в препаратах гумусовых кислот.......... 923.2.5. Классификация исследованных препаратов гумусовых кислот спомощью кластерного анализа ............................................................. 933.3. Получение адсорбционных комплексов гумусовых кислот с каолинитом .... 943.4. Взаимодействие атразина с гумусовыми кислотами ...................................... 1023.4.1.

Взаимодействие атразина с растворенными гумусовымикислотами.............................................................................................. 1023.4.2. Связывание атразина адсорбционными комплексами гумусовыхкислот с каолинитом................................................................................ 1073.5. Детоксицирующие свойства растворенных гумусовых кислот по отношениюк атразину .......................................................................................................... 1123.5.1.

Количественная оценка детоксицирующих свойств гумусовыхкислот .................................................................................................... 1133.5.2. Исследование детоксицирующих свойств растворенных гумусовыхкислот по отношению к атразину с использованием растений мягкойпшеницы Triticum aestivum..................................................................

1153.5.3. Исследование детоксицирующих свойств растворенных гумусовыхкислот по отношению к атразину с использованием одноклеточнойводоросли Chlorella vulgaris................................................................ 1213.5.4. Исследованиедетоксицирующейспособностирастворенныхгумусовых кислот по отношению к атразину с использованиемхлоропластов......................................................................................... 1343.5.5. Сравнениерезультатовтоксикологическихэкспериментовсиспользованием различных тест-объектов ........................................ 1383.6. Детоксицирующие свойства гумусовых кислот по отношению к атразину надерново-подзолистых почвах .......................................................................... 139ВЫВОДЫ..................................................................................................................

144СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ...................................................... 145ВЫРАЖЕНИЕ ПРИЗНАТЕЛЬНОСТИ.............................................................. 164ПРИЛОЖЕНИЯ ...................................................................................................... 1654ВВЕДЕНИЕЭффективностьгербицидоввборьбессорнойрастительностьюподтверждена отечественной и мировой практикой земледелия. Так, сокращениеобъема применения гербицидов в России за последние 7 лет с 32 до 17 млн.

гапривело к удвоению потерь от сорняков (Захаренко, 1998). В тоже времяиспользованиегербицидовимеетнегативныепоследствия:накоплениесвязанных остатков в почве, поступление в грунтовые и поверхностные воды.Особо опасно загрязнение персистентными гербицидами, одним из наиболеераспространенных представителей которых является атразин (Захаренко, 1990).Время его жизни в почве составляет от нескольких недель до четырех лет иболее. Атразин принадлежит к классу сим-триазиновых гербицидов - сильныхспецифическихингибиторовфотосинтеза.Согласномногочисленнымисследованиям, основным фактором, определяющим закрепление атразина впочвенном профиле и уровень проявляемой им токсичности, являетсясвязывание с гумусовыми кислотами (Лебедева и др., 1990; Овчинникова, 1987).При этом в качестве единственного механизма детоксикации атразина в почвеобычно предполагают образование нетоксичных комплексов с гумусовымикислотами.

Однако ввиду сложности и неоднозначности взаимодействий,которые могут проистекать в системе минеральная матрица - гумусовые кислоты- гербицид - растение, данное предположение носит гипотетический характер.Его подтверждение требует постановки экспериментов, позволяющих оценитьдействие каждого из возможных факторов и их совокупности. Это определяетактуальностьиважностьпроведениякомплексныхисследований,предусматривающих изучение собственного воздействия гумусовых кислот нафотосинтезирующие организмы, количественную оценку связывающей идетоксицирующейспособностирастворенныхииммобилизованныхнаминеральной матрице гумусовых кислот в отношении атразина и ихпоследующее сопоставление. Указанные проблемы определили постановку целии задач настоящей работы.Цельработы:исследованиесвязывающейспособностидетоксицирующих свойств гумусовых кислот по отношению к атразину.и5Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующиезадачи:− выделить и охарактеризовать препараты гумусовых кислот и получить ихадсорбционные комплексы с минералами;− количественноохарактеризоватьсвязываниеатразинасгумусовымикислотами в растворенном и адсорбированном состоянии;− выявить взаимосвязь между строением гумусовых кислот и их связывающейспособностью по отношению к атразину;− количественно охарактеризовать детоксицирующие свойства препаратовгумусовых кислот по отношению к атразину и установить их взаимосвязь состроением гумусовых кислот;− изучить собственное воздействие гумусовых кислот на тестируемые объекты;− на основании комплекса данных по связывающей и детоксицирующейспособности гумусовых кислот сделать вывод о механизме детоксикацииатразина растворенными и адсорбированными гумусовыми кислотами.6Глава 1.