Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Особенности динамики пестицидов в садах юга России

ВАК РФ 06.01.11, Защита растений

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата биологических наук, Подгорная, Марина Ефимовна, Краснодар

СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ЗОНАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ САДОВОДСТВА И ВИНОГРАДАРСТВА

ОСОБЕННОСТИ ДИНАМИКИ ПЕСТИЦИДОВ В САДАХ ЮГА РОССИИ

на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель кандидат сельскохозяйственных наук Смольякова В.М.

Краснодар -1999

На правах рукописи

ПОДГОРНАЯ МАРИНА ЕФИМОВНА

06.01.11 - Защита растений

ДИССЕРТАЦИЯ

СОДЕРЖАНИЕ

Введение............................................................................................................4

1. Состояние изученности вопроса..................................................................8

1.1. Инсектициды............................................................................................10

1.1.1. Хлороргпнические соединения (ХОС).................................................10

1.1.2. Фосфорорганические соединения (ФОС).............................................14

1.1.3. Пиретроиды..........................................................................................17

1.2. Фунгициды...............................................................................................19

1.2.1. Медьсодержащие соединения...............................................................19

1.2.2. Триазолы...............................................................................................23

1.2.3. Бензимидазолы........................................................................23

1.3. Деградация пестицидов в окружающей среде........................................24

2. Объект и методы исследований.................................................................29

2.1. Объект исследований...............................................................................29

2.2. Краткая характеристика климатических условий и почвы,

в которых проведены исследования..............................................................29

2.3. Методы исследований.............................................................................30

2.3.1. Полевые опыты.....................................................................................30

2.3.2. Отбор проб............................................................................................34

2.3.3. Лабораторные анализы........................................................................37

2.4. Дисперсионный анализ............................................................................45

3. Результаты исследований...........................................................................48

3.1. Динамика, миграция и длительность сохранения

остатков инсекто-акарицидов в почве, воде и плодах яблони.....................48

3.1.1. Фоновый уровень загрязнения хлорорганическими пестицидами почвы и воды..................................................................................................48

3.1.2. Динамика разложения фосфорорганических инсектицидов в почве.. 56

3.1.3. Деградация инсекто-акарицидов в плодах яблони..............................59

3.2. Динамика разложения фунгицидов, применяемых в садоводстве Краснодарского края......:..............................................................................64

3.2.1. Фоновый уровень накопления в почве, воде, плодах яблони препаратов группы меди................................................................................64

3.2.2. Динамика разложения фунгицидов последнего поколения в почве, воде, плодах яблони.......................................................................................73

- скор..............................................................................................................73

- топаз.............................................................................................................79

- вектра............................................................................................................83

- рубиган.........................................................................................................86

- хорус.............................................................................................................89

- фундазол.......................................................................................................90

Выводы...........................................................................................................92

Предложения..................................................................................................94

Литература.....................................................................................................95

Приложение 1...............................................................................................112

Приложение 2...............................................................................................133

ВВЕДЕНИЕ

Крупнейшим регионом России по производству плодов, ягод и оре-Х$/7лодных является Краснодарский край, на долю которого приходится 11,2% площади плодово-ягодных насаждений и 14% валового сбора плодов и ягод по России /50/.

Значительная часть многолетних насаждений Краснодарского края расположена в санитарно-охранных, курортных и пригородных зонах, поэтому осуществление токсикологического контроля окружающей среды является одним из важных элементов экологического мониторинга. Особенно актуален такой подход в защите многолоетних насаждений в отсутствии плодосмена и высокого пестицидного прессинга.

Обострение проблемы окружающей среды и сохранения здоровья людей все более настоятельно требует оптимизировать применение агрохимика-

V* vy тч

тов, при выращивании сельскохозяйственной продукции. В садоводстве эти проблемы стоят наиболее остро, так как по сравнению с другими сельскохозяйственными культурами, пестициды в садах наносят непосредственно на части растений, употребляемые в пищу преимущественно в свежем виде.

Литературные данные и наши исследования показали, что наиболее эффективна и применима с точки зрения окружающей среды интегрированная защита плодовых культур от вредных организмов, которые сочетают сохранение и активизацию полезных энтомофагов, агротехнические, биологические и химические методы контроля вредных агентов. Содержание остатков пестицидов в плодах из садов, где применяли интегрированную защиту, было в 3 — 6 раз ниже МДУ, тогда как на участках с чисто химическими методами защиты их количество вплотную приближается к МДУ, а в некоторых случаях превышает нормативы/117/.

Не следует как недооценивать, так и переоценивать возможный вред регламентированного применения пестицидов. По этому вопросу было много эмоциональных выступлений в печати, и они продолжают иметь

место. Широко распространенная точка зрения, что все природное безопасно, а все синтетическое вредно, вводит в заблуждение и потенциально опасна. Она порождает у людей страх и даже панику, которые не имеют оснований и затрудняют получение и так ограниченных фондов продовольствия. Более реальная точка зрения, что возможный риск для человека при правильном использовании пестицидов невелик/117/.

Существует вариант отказа от пестицидов путем замены другими методами защиты. Мировой опыт говорит о том, что в ближайшей и более отдаленной перспективе мы вынуждены будем использовать рационально и под контролем пестициды. Задумываясь над необходимостью применять пестициды, мы неизбежно обнаружим, что знаем о них мало и заменяем знания слухами и домыслами. В Краснодарском крае применяются около 130 наименований пестицидов и, хотя все они разрешены к применению, не все досконально изучены.

Литературные данные и наши исследования показали, что практически все пестициды более или менее интенсивно разлагаются в объектах окружающей среды. Основными путями их детоксикации являются: фоторазложение в почве и воде, на поверхности растений, разложение гидробионта-ми, почвенной флорой и фауной, метаболизм в растениях и животных.

Для обеспечения нормального функционирования агроэкосистемы, охраны природы и здоровья населения необходимо соизмерять нагрузку ксенобиотиков на территорию сельскохозяйственного ландшафта с интенсивностью процессов их разложения.

Поэтому изучение поведения в биосфере пестицидов и других неприродных токсичных соединений (ксенобиотиков) представляют большой интерес.

Цель и задачи исследований. Цель исследований — дать токсикологическую оценку пестицидам, применяемым в интегрированных системах защиты сада от вредителей и болезней, гарантирующих получение качественного урожая.

Для ее достижения решались следующие задачи:

• оценка фонового уровня загрязнения хлорорганическими инсектицидами и медьсодержащими фунгицидами почвы, воды и плодов яблони.

• изучение миграции пестицидов по горизонтам почвы

• определение динамики разложения пестицидов, применяемых в интегрированных системах защиты сада, в почве и воде

• уточнение сроков полной деградации пестицидов в плодах яблони.

Научная новизна работы. Впервые в зоне южного садоводства России

изучены в комплексе фоновые (хлорорганические и медьсодержащие препараты) и импактные загрязнители садов. Изучена динамика разложения пестицидов последних поколений в почве, открытых водоемах и плодах яблони.

Практическая значимость. Предложен метод отбора проб почвы и промывных вод с использованием стационарных наблюдательных пунктов, где по горизонтам ведется наблюдение за уровнем фоновых и импактных загрязнителей. Выделены основные фоновые загрязнители сада. Установлены сроки деградации препаратов новых поколений в почве, воде и плодах яблони. Данные по динамике остатков пестицидов используются при разработке дифференцированной регламентации сроков обработок в плодах по зонам садоводства Краснодарского края.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на Всероссийском научно-производственном совещании "Актуальные вопросы теории и практики защиты плодовых и ягодных культур от вредных организмов в условиях многоукладное™ сельского хозяйства" (Москва, 1998 г.); краевой научно-практической конференции "Перспективы применения новых химических средств защиты против вредителей, болезней растений и сорной растительности и охрана окружающей среды" (Краснодар, 1993 г.); на 6 краевых и городских научно-практических конференциях молодых ученых и специалистов (Краснодар 1994, 1995, 1997, 1998, 1999 гг., Анапа, 1998 г.), на заседании Ученого Совета СКЗНИИСиВ (1999 г.)

Основные положения, выносимые на защиту:

• особенности фонового загрязнения хлорорганическими и медьсодержащими препаратами в двух зонах садоводства Краснодарского края

• результаты исследования связей в системах пестицид-растение, пестицид-почва, пестицид-вода, позволившее охарактеризовать скорость их разложения и способность миграции в объектах агроэкосистемы.

1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА

Под пестицидами обычно понимают химические средства сдерживания, регуляции, защиты и борьбы с вредными организмами в сельском, лесном хозяйствах и здравоохранении. Хотя известны альтернативы пестицидам (агротехника, устойчивые сорта, биологические препараты и т. д.), однако все они используются как дополнение к химическим пестицидам /115/.

За последние десятилетия пройден большой путь по совершенствованию пестицидов (уменьшение токсичности, персистентности и норм расхода на единицу обрабатываемой площади). В табл. 1 приведены данные эволюции пестицидов по указанным показателям /117/.

Ко всем пестицидам предъявляются весьма жесткие требования по возможным отдаленным последствиям от их систематического применения. Зная основные свойства пестицида, возможно прогнозировать его поведение в объектах окружающей среды.

В настоящее время почти повсеместно, наряду с другими управляемыми и неуправляемыми поллюантами, пестициды превратились в мощный постоянно действующий экологический фактор. Уже сейчас необходимо считаться с их действием, хотя в целом пестициды как загрязнители почвенного покрова планеты занимают место лишь в конце первой десятки приоритетных загрязнителей. При обработке посевов и насаждений (исключая почву) только 1 — 0,1% вносимых пестицидов достигает мест конечного действия, тогда как 99,0 — 99,9% попадают в окружающую среду /106/.

Таблица 1

Персистентность, острая токсичность и нормы расхода пестицидов

разных поколений (по Н.Н. Мельникову)

Поколение пестицидов Группа перси- стентности ЛД50, мг/кг Нормы расхода кг/га д. в.

Инсектициды

Первое поколение: соединения мышьяка 1 1,8 — 5 4— 10

Второе поколение: хлорорганические фосфорорганические карбаматы 1—2 5 — 6 5 — 6 25— 1000 1 — 3000 25—1000 0,1—2 0,5 — 5 0,5 — 2

Третье поколение: пиретроиды гормональные 5 — 6 5 — 6 1 — 3000 1000 — 2000 0,006 — 0,1 0,05 — 0,3

Фунгициды

Первое поколение: (соединения мышьяка и меди) 1—3 5 — 450 5 — 9

Второе поколение: протравители 5 — 6 18 — 200 0,003 — 0,02

Третье поколение: дитиокарбоматы 5 — 6 400 — 6000 1,8 — 3

Четвертое поколение: азолы 5 — 6 400 — 4000 0,025 — 0,15

Сейчас уже невозможно найти такой участок на земной поверхности (даже в заповедниках), который был бы совершенно свободен от остатков какого-либо пестицидного соединения. Однако так называемое фоновое содержание пестицидов обычно составляет (от массы почвы) несколько долей на миллиард (мкг/кг). За небольшим исключением препарат в таких концентрациях отрицательного действия на почву и ее биоту не оказывает /134/. В связи с этим целесообразно рассмотреть последствия применения пестицидов, при которых их содержание в окружающей среде на несколько

порядков превышает вышеназванную концентрацию, составляя десятые доли мг/кг или более.

Когда содержащиеся в воде и почве токсиканты поступают в растения, концентрация в них возрастает по отношению к воде и почве на целый порядок /75/. Из растений, воды и частично почвы пестициды переносятся в организм мышевидных грызунов и другие звенья трофической цепи. На этих трофических уровнях содержание пестицидов в десятки раз превышают концентрацию их в растениях и в сотни раз содержание в воде и почве. Максимальное их количество накапливается в организме хищников. Система замыкается на редуцентах, благодаря которым остаточные количества пестицидов переносятся снова в почву и воду /77/.

В последние годы понятие "остаточные количества пестицидов" расширилось и охватывает содержание пестицидов не только в пищевых продуктах, фураже, но и в почве, воде, воздухе. Оно включает как действующее вещество препарата и его производных, так и химические примеси в пести-цидном препарате, обладающие биологической активностью и оказывающие вредное воздействие на организм /76/.

1.1. Инсектициды

Инсектициды различны по химическому составу: хлорорганические (ХОС), фосфоорганические (ФОС), карбаматы, пиретроиды, гормональные.

1.1.1. Хлорорганические соединения (ХОС)

ХОС проедставляют собой хлорпроизводные многоядерных углеводородов (ДДТ — 4,4 дихлордифенилтрихлорметилметан 4,4), циклопарафи-нов (ГХЦГ — гексахлорциклогексан) и др. Большинство из них плохо рас-

творимы в воде и хорошо — в органичесих растворителях, в том числе жирах/119/.

Важной отличительной особенностью большинства галоидопроизвод-ных углеводородов явлется стойкость к воздействию различных факторов внешней среды (темпратура, инсоляция, влага и др). Согласно гигиенической классификации ряд ХОС относится к очень стойким пестицидам. Летальная доза (ЛДзо) у ГХЦГ — 25 — 200 мг/кг, ДДТ — 200 — 500 мг/кг /4, 118/.

Для ХОС существуют жестокие санитарно-гигиенические нормативы, их остаточные количества строго регламентируются. Причем за последнее десятилетие предельно допустимые концентрации (ПДК) для этих препаратов снизились на порядок; если ПДК в почве составляла 1 мг/кг, то в настоящее время — 0,1 мг/кг. Произошли изменения и в МДУ на пищевые продукты. С 1996 года в системе сертификации обязательным явиось требование по определению остаточных количеств ДДТ и ГХЦГ во всех видах пищевой продукции. Установлены нормативы для сельскохозяйственной продукции — 0,05 мг/кг /29/.

Несмотря на то, что использование ХОС запрещено, данные экологического мониторинга показывают, что основными загрязнителями окружающей среды являются ХОС /43/.

В отечественной и зарубежной литературе имеется обширная информация о содержании ХОС в отдельных компонентах внешней среды и их влиянии на живой организм /12, 16, 17, 25, 26,/. Мнения исследователей о опасности загрязнения хлорорганических препаратов неоднозначны.

H.H. Буков и др. /19/ исследовали природные водоемы юго-восточного Приазовья. Оказалось, все анализируемые пробы содержали остатки ДДТ и продукты его трансформации (ДДЭ и ДДД). Содержание линдана (у - изомера ГХЦГ) в отдельных пробах превышало ПДК в 2 — 500 раз. Установлено, что распределение ХОС по акватории и глубине водоемов неравно-

мерно. Прибрежные зоны Азовского моря и лиманов, по сравнению с водами открытой части, загрязнены в большей степени /19/.

По данным этих же авторов /19/ наиболее опасным является присутствие ДДТ и его метаболитов и ГХЦГ в питьевой воде, подаваемой из гидрологических скважин (глубина 300 — 500 м).

В работе R. Frank и соавторов /155/ оценивалось остаточное содержание ДДТ в донных отложениях озер Сент-Клер и Эри (из систем Великих озер США и Канады). Оказалось, что остатки ДДТ имеют тенденцию к существенному снижению.

В водах открытых водоемов Днестра и на Полесье ХОС обнарживаются преимущественно в весенне-летний период /23, 24/. По частоте обнаружения на первом месте находится ДДТ, его максимальная концентрация составляет 0,05 мг/л/34/.

По данным Ливерпульского университета /50/ содержание остатков ДДТ в водах Ирландского и Северных морей, пролива Ла-Манш находится в пределах 0,02 — 0,08 мг/л.

ХОС мигрируют и интенсивно накапливаются в воде, почве, растениях. Так, в почве, на глубине 50 см концентрация ДДТ достигает 1,3 мг/кг; ГХЦГ — 0,2 — 0,6 мг/кг /30/.

I. Schlosserova /164/ исследовала загрязнение почв и растений остаточными количествами ДДТ и ГХЦГ в сельскохозяйственных районах Словакии. Большая часть высокозагрязненных почв соответственно для ГХЦГ с содержанием 0,4 — 0,5 мг/кг ( выше ПДК в 4 — 5 раз), для ДДТ — 0,1 мг/кг, что соответствует ПДК.

Р.П. Сальмонович и соавторы /113/ обсле