Адсорбция и токсичность гербицида ацетохлора в почвах различных типов (1098303), страница 4
Текст из файла (страница 4)
По мнению рядаисследователей (Hance, 1969; Menzer and Nelson, 1986), содержание в почвеболее нескольких процентов органического вещества способно полностьюблокировать поверхность глинистых минералов и сделать их недоступнымидля адсорбции гербицидов. Рассмотрению роли минеральной компоненты вадсорбционной способности почв посвящен следующий параграф.1.1.3.2. Влияние минеральной компоненты и другихпочвенных показателейОднимизнаиболеераспространенныхспособовопределенияадсорбционной способности минеральной составляющей почв являютсялабораторные эксперименты с чистыми минералами. С помощью данногометода было установлено, что глинистые минералы могут адсорбировать16гербициды как внешней поверхностью, так и заключать их в межслойныепространства.Поэтомуадсорбционнаяемкостьглинистыхминераловопределяется площадью поверхности, ЕКО и видом насыщающего катиона(Weber, 1970; Carringer et al., 1975; Terse and Calvet, 1978; Gilchrist et al., 1993).Однако органическое вещество почв в большинстве случаев обладаетбольшей связывающей способностью в отношении гербицидов.
Так, обладаяодинаковой удельной поверхностью в размере 500-800 м2/г, верховой торфсорбировал 91.8 мкг атразина на 1 кг торфа, а монтмориллонит – только 4.3мкг (Соколов и др., 1970).С другой стороны, опыты по адсорбции тиазофлурона и метамитронана пяти почвах, выделенных из них илистых фракциях и модельных, несодержащихорганическоговеществаглинистыхмонтмориллонитовыхколлоидах, показали большую адсорбционную способность минеральныхколлоидов по сравнению с почвами и их илистыми фракциями (Cox et al.,1995).Связывание гербицидов органоминеральными компонентами почвимеет различные последствия. Во-первых, может возникнуть необходимость виспользовании больших доз препарата для достижения желаемого эффекта,поскольку включение гербицида в состав глинисто-гумусовой фракции вбольшинстве случаев приводит к потере его биологической активности(Kearney, 1976; Riley et al., 1976; Сюняев, 1984; Тейт, 1991; Barriuso andKoskinen, 1996).
Во-вторых, взаимодействие гербицидов с органическимвеществом почвы может влиять на скорость их разложения. С одной стороны,может наблюдаться возрастание персистентности гербицида из-за физическойнедоступности субстрата для микроорганизмов и ферментов (Smith et al.,1988; Тейт, 1991). В этом случае скорость деградации гербицида будетлимитироватьсяскоростьюмикробнойтрансформацииорганическоговещества. С другой стороны, опубликованы данные о том, что внесение впочвугуминовыхпрепаратовспособствуетувеличениюактивностинекоторых почвенных ферментов, деградирующих гербицид (Кузьмич, 1990;Berger et al., 1996). Следовательно, может происходить ускорение процессаразложения гербицида, связанного с органическим веществом.17Наряду с содержанием почвенного органического вещества, процессыадсорбции и разложения гербицидов определяются такими почвеннымипоказателями, как рН почвенного раствора, емкость катионного обмена(ЕКО), степень насыщенности почв основаниями (в частности, кальцием),влажность, условия аэрации, а также температурный режим почвы (Sheets etal., 1962; Жирмунская и др., 1968; Hayes, 1970; Лунев, 1992).Для многих гербицидов установлена взаимосвязь адсорбционногоповедения с рН и гидролитической кислотностью почвы.
Например, длялинурона и дифенамида установлено увеличение адсорбции с повышениемрН; для 2,4-Д, 2М-4Х и 2,4,5-Т – с понижением рН. В опытах с симазином на18 типах почв не удалось установить строгой зависимости между значениемрН и емкостью адсорбции, однако была найдена значимая корреляция(r = 0.86) между гидролитической кислотностью и адсорбцией гербицида. Этопозволило авторам сделать предположение о важности механизма ионногообмена во взаимодействии триазиновых гербицидов с почвами (Соколов и др.,1970).В работе (Reinchardt and Nel, 1990) изучали зависимость гербициднойэффективности ацетохлора от содержания органического углерода, рН,содержания илистой фракции, ЕКО и содержания доступного фосфора.Эксперименты проводили на 32 почвенных образцах, отобранных в 26округах Южной Африки.
Гербицидную эффективность оценивали поугнетению сорго (Sorghym bicolor L. Moench.) в условиях вегетационногоопыта в теплице. Показано, что гербицидная эффективность ацетохлорауменьшалась по мере возрастания содержания органического вещества впочве. Аналогичная зависимость наблюдалась и для содержания илистойфракции.
Содержание доступного фосфора, ЕКО и рН не влияли натоксичность ацетохлора.Приведенные данные могут указывать на взаимосвязь токсичности иадсорбционного поведения ацетохлора. Так, протекание обоих процессовзависит от содержания органического вещества и илистой фракции, чтоуказывает на наличие взаимосвязи между ними.18Таким образом, на основе литературных данных можно заключить,что главным механизмом, определяющим поведение ацетохлора в почве,является адсорбция. При этом основными почвенными компонентами,влияющими на поведение гербицида, являются органическое вещество иилистая фракция.1.2.
Количественное описание адсорбции гербицидовДляпредсказанияэколого-токсикологическихимиграционныхсвойств ацетохлора при попадании в почву необходимо знать егоадсорбционныеисследованияхарактеристики.адсорбционногоадсорбционныхизотерм.СутьНаиболеераспространеннымповедениягербицидовметодазаключаетсяметодомявляетсявметоднахожденииэкспериментальной зависимости количества адсорбированного гербицида отравновеснойконцентрацииегонесвязаннойформы,споследующимматематическим описанием полученной зависимости.Для описания адсорбции гербицидов в почве часто используютуравнение Фрейндлиха (Тинсли, 1982):Cads = b×[C]n(1.1)где Сads – количество адсорбированного вещества (моль/кг) при егоравновесной концентрации [С] (моль/л), b и n – параметры аппроксимации.Приведенное уравнение позволяет описать практически все типыэкспериментальных адсорбционных изотерм. Однако, как уже указывалосьвыше, недостатком использования уравнения Фрейндлиха является трудностькорректного сопоставления значений, полученных в различных серияхэкспериментов.Для получения параметров адсорбции, имеющих более очевидныйфизический смысл, используют адсорбционную модель Лэнгмюра:19C ads =H m × K × [C ]1 + K × [C ](1.2)где Hm – максимальная адсорбция (моль/кг), соответствующаяполному заполнению адсорбционных центров мономолекулярным слоемгербицида, K – константа адсорбции.Однако в силу неоднородности и сложности почвенной матрицы,обычноневыполняютсямономолекулярностьадсорбентаиусловияприменимостиадсорбционногоотсутствиеслоя,взаимодействийданногооднородностьмеждууравнения:поверхностиадсорбированнымимолекулами (Бокштейн и др., 1999).
Это затрудняет использование уравненияЛэнгмюра для аппроксимации экспериментальных изотерм адсорбциигербицидов почвами.Наиболее универсальным способом характеристики адсорбционнойспособности почв является расчет коэффициента распределения гербицидамежду твердой и жидкой фазами (Когановский и др.
1990; Reinchardt at al.,1990):Kd =Cads[ C]гдеKd(1.3)–коэффициентраспределения,Сads–количествоадсорбированного гербицида (моль/кг), [C] – его равновесная концентрация(моль/л).Для изотерм, имеющих сложную форму, выражение 1.3 линеаризуютлогарифмированием:lg Cads = lg [C] + lg Kd(1.4)Строя линеаризованную изотерму в координатах lg Cads от lg [C],определяют значение lg Kd как показано на рис. 1.2.20lg Cads1lg[C]lgKd0-8-6-4-2-10-2-3-4-5-6Рис. 1.2. Определение Kd ( по Когановский и др., 1990).Дляоценкивкладаорганическоговеществакоэффициентраспределения Kd, полученный для целой почвы, нормируют на содержаниеорганического углерода (ОС): (Murphy, 1990):K OC =KdOC(1.5)где ОС – содержание органического углерода, кг/кг ОС, KОС –нормированный коэффициент распределения, л/кг ОС.Описанные подходы к изучению адсорбции гербицидов почвойсправедливы и при изучении адсорбционных свойств составных частейпочвенного адсорбционного комплекса – илистой фракции и отдельныхорганоминеральных компонентов, например глинисто-гумусовых комплексов.1.3.
Взаимодействие гербицидов с илистой фракцией имодельными глинисто-гумусовыми комплексами1.3.1. Природа почвенных минералорганических соединенийБудучинаиболеереакционноспособнойчастью почвы илистаяфракция играет важную роль в процессе адсорбции гербицидов в почве. В21составе этой фракции преобладают органоминеральные соединения. Подорганоминеральнымивзаимодействиясоединенияминеспецифическихпонимаютвеществвсепочвывидыилипродуктовспецифическихгумусовых веществ с любыми минеральными компонентами: катионамиметаллов, гидроксидами, неорганическими анионами, силикатами и т.д.(Орлов, 1985).
Частным случаем органоминеральных соединений являютсяпродукты взаимодействия органических веществ с почвенными минералами;обычно имеются в виду глинистые минералы – слоистые алюмосиликаты. Этивещества называются почвенными минералорганическими соединениями(Орлов, 1985).Органическое вещество почвы активно взаимодействует с глинистымиминераламипочвы.характернаяиОбразованиенеотъемлемаяминералорганическихчертапочвообразованиясоединений(Орлов,–1992).Основными компонентами илистой фракции почв являются глинистыеминералы и иммобилизованные гумусовые кислоты. Форма существованияиммобилизованных гумусовых кислот зависит от механизма их связывания сглинистыми минералами, определяя характер и реакционную способностьпочвенных минералорганических соединений.Механизмсвязываниягумусовыхкислотминеральнымикомпонентами к настоящему времени изучен весьма недостаточно.
Так, дляминералов подкласса гидроксидов (гетит, гиббсит, лепидокрокит и др.) вкачестве основного механизма взаимодействия с гумусовыми кислотамипредложен анионный обмен: анионы гумусовых кислот замещают ОН-группыминерала (Inoue and Wada, 1968; Greenland, 1971). Парфитт с соавторами(Parfitt et al., 1977) высказали предположение, что карбоксильные группыгумусовых кислот могут замещать поверхностные ОН-группы гиббсита,гетитаиимоголита.Возможностьучастиявлигандномобменекоординированных ОН-групп отмечается и Типпингом (Tipping, 1981).Адсорбция гумусовых кислот по данному механизму должна быть обратимой,а образующиеся минералорганические соединения – легко разрушаться приувеличении рН свыше 8, когда положительный заряд гидроксида алюминияили железа полностью нейтрализуется.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
