Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ОСОБЕННОСТИ РАЗЛОЖЕНИЯ В ПОЧВЕ ЛИНУРОНА, ПРОПАНИДА И ПРОДУКТА ИХ ТРАНСФОРМАЦИИ 3,4-ДИХЛОРАНИЛИНА

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "ОСОБЕННОСТИ РАЗЛОЖЕНИЯ В ПОЧВЕ ЛИНУРОНА, ПРОПАНИДА И ПРОДУКТА ИХ ТРАНСФОРМАЦИИ 3,4-ДИХЛОРАНИЛИНА"

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА СССР

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА

На правах рукописи

А-26Я96

Рауф Валиевич ГАЛИУЛИН

ОСОБЕННОСТИ РАЗЛОЖЕНИЯ В ПОЧВЕ ЛИНУРОНА, ПРОПАНИДА И ПРОДУКТА ИХ ТРАНСФОРМАЦИИ 3,4-Д ИХЛ О РА Н ИЛИ НА

(Специальности: 06.01.04 — агрохимия, 14.00.07 — гигиена)

Автореферат диссертации на соискание ученон степени кандидата биологических наук

МОСКВА — 1990

Диссертация выполнена в лаборатории миграции и метаболизма гербицидов Института агрохимии и почвоведения АН СССР.

Научные руководители: член-корреспондент АН СССР доктор геолого-минералогических наук профессор В. А. Ковда и кандидат сельскохозяйственных наук старший научный сотрудник М. С. Соколов.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук профессор Д. И. Чкаников, кандидат биологических наук доцент Л. А. Дорожкина.

Ведущее предприятие — Центральный институт агрохимического обслуживания МСХ СССР.

Зашиталиссертации состоится « в « "Я^часов на заседании Специализированного совета Д-120.35.02 (06.01.04 — агрохимия, 06.01.03— почвоведение) при Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева.

Адрес: 127550, г. Москва И-550, Тимирязевская ул., 49, корпус 8, сектор защиты диссертаций ТСХА, тел. 216-24-92.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА. .

Автореферат разослан % ./}{.-» , . 1980 г.

Ученый секретарь Специализированного совета кандидат биологических наук

доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

. Актуальность проблемы. В мировом сельском хозяйстве . ежегодно используется около 2 млн. т пестицидов. Масштабы их применения, особенно в развивающихся сцранах, растут с -.каждым годом. Согласно прогнозам, к 1985 г. объем применяе-■- мых пестицидов составит 7,5 млн. т ''(\yinteringhanv 1975).' : В соответствии с решениями июльского (1978 г.) Пленума ЦК КПСС выпуск химических средств защиты растений в нашей стране возрастет к концу пятилетки до 628 тыс. т, в том числе ' гербицидов до 245 тыс. т условных единиц. Постановлением ЦК КПСС и СМ СССР (от 9 августа 1979 г., № 765) предусмотрено принятие специальных, мер по недопущению накопления ядохимикатов в сельскохозяйственной продукции, в почве, в водных источниках и других объектах внешней среды выше установленных безопасных норм.

В качестве гербицидов уже длительное время широко используются производные фениламида. : Однако очень мало ' данных по их эколого-агрохимической характеристике. В то же время эти препараты достаточно стойкие и на практике в -ряде случаев прибегают к их повторному использованию. При этом агрономы и специалисты агрохимслужбы должны реально оценивать последействие этих соединений для последующих культур в севообороте и для качества растениеводческой продукции. В связи с этим представлялось актуальным "исследовать действие различных экофакторов на разложение линурона, пропанида и продукта их трансформации 3,4-ди-хлораиилина и рекомендовать приемлемые способы прогнозирования содержания в почве их остаточных количеств.

Цель и задачи исследований. Основная цель работы заключалась в изучении разложения гербицидов и их метаболита в почвенных условиях, в изыскании возможностей управления скоростью их разложения и в прогнозировании этого процесса. Для осуществления этой цели требовалось поэтапно > решить следующие задачи:

1. Разработать и апробировать элемент экспериментальной экотоксикологической модели «стандартные почвенные

! Цолр. научная Шл::вте::2 I

| '-'ос:!. с?д. Лзняка | гкад. кгл. К. А. Тазяэязсза

[ ^шт .

условия» в качестве методической основы лабораторных и мнкрополевых экспериментов.

2. Исследовать действие некоторых антропогенных факторов на разложение в почве гербицидов и их метаболита.

3. Изучить в условиях микрополевого эксперимента особенности разложения исследуемых соединений в различных типах почв Европейской части СССР (в зависимости от температурного режима).

4. Оценить некоторые способы прогнозирования содержания исследуемых соединений в почве и рекомендовать наиболее приемлемые из них для мониторинга испытуемых и близких нм соединений.

Научная новизна и практическая ценность результатов исследований. Для прогнозирования остаточных количеств гербицидов в почве впервые рекомендованы в качестве элемента экотоксикологической модели «стандартные почвенные условия». Они включают стандартизацию условий экспонирования почвенных образцов, при которых исследуемые соединения подвергаются наибольшему разложению — оптимальные температуру, аэрацию, влажность почвенной среды, использование для исследований определенного генетического горизонта почвы и другие.

Изучено действие на разложение исследуемых соединений различных факторов (гидротермические условия, элементы минерального питания, рН почвы, присутствие косубстратов и метаболита гербицидов и их исходной концентрации, способов применения и глубины локализации препаратов) .

Впервые получены данные об особенностях разложения исследуемых соединений в основных (зональных) типах почв Европейской части СССР.

Предложен способ прогнозирования содержания в почве остатков исследуемых соединений, который может найти применение для целей мониторинговых исследований, а также для оценки эколого-агрохимической ситуации на полях севооборота.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на конференции молодых ученых «Проблемы почвоведения и агрохимии» (Пущино, 1976), на Всесоюзной научной конференции «Вопросы теории и практики борьбы с сорной растительностью» (Омск, 1978), на седьмой советско-американской встрече по проекту 02.03-31 «Формы и механизмы миграции пестицидов и химикатов» (Пущино, 1978), на VIII Всесоюзном симпозиуме «Биологические проблемы Севера» (Апатиты, 1979), на II Всесоюзном симпозиуме «Биодинамика почв» (Таллин, 1979) и на II Всесоюзном рабочем совещании по национальной части международной программы ЮНЕСКО «Человек и биосфера» — «Методы и проблемы

экотоксикологического моделирования и прогнозирования» (Пущино, 1979). , _ ,

Объем и содержание работы. Диссертация изложена на 132 страницах машинописного текста, иллюстрирована 13 таблицами и 33 рисунками. Работа состоит из введения, 6 глав, заключения, выводов, списка использованной литературы (306 наименований, в том числе 166 на иностранном языке) и приложений. -

Публикация результатов исследований. Основное содержание диссертации отражено в 8 печатных работах. •

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В разделе изложены сведения по влиянию важнейших природных и антропогенных факторов на разложение гербицидов (производных фениламида) и других пестицидов в почве; содержится анализ литературных данных по экотоксико-логическому моделированию (физическому, математическому) и обосновывается тема исследовании.

Глава II. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Объектами исследований являлись почвы семи стационарных пунктов,, расположенных в пределах различных природных зон Европейской части СССР (табл. 1). В качестве исследуемых соединений (Ю-т-250 мг/кг) использовали х. ч. производные- фенилалкилалкоксимочевнны (линурон), ацилани-лида (пропанид) и 3,4-дихлоранилин (3,4-ДХА) — основной продукт трансформации этих соединений. Содержание микроколичеств гербицидов и 3,4-ДХА в почвенных пробах определяли в основном фотометрическим методом (Кныр и др., 1976). . ' ' ..

Для оценки скорости разложения соединений в зависимости от состояния почвенных образцов использовали: 1) почву, хранившуюся в течение одного года; 2) почву, отобранную из почвенного разреза в день эксперимента; 3) почву после одногодичного хранения с последующим • «преинкубированием» (выдерживание в эксикаторе в течение трех суток при температуре 21±1° и влажности. 80% ПВ). Преинкубированную почву подсушивали до воздушно-сухого состояния, затем помещали (50 г) в чашки Петри (5^=202 см2, У = 33 см3, относительная поверхность Э' (Б :У)=6,0 см-!), увлажняли и тер-мостатировали в лабораторных условиях. Емкостями , для больших навесок почвы .-(1 и. 5 кг) служили соответственно полиэтиленовые пакеты (Б = 452 см2, У=593 см3, 5' = 0,8 см-1)

Таблица!

Агрохимические показатели и механический состав почв, использованных в эколого-агрохимических опытах

№ пп. Тип почвы и местоположение стационарных пунктов я 5 К я о «о о Ю >><о о «Л о"- о >» г РН Нобм Нг Б V Частицы <0,001 Сумма частиц <0,01 Название почвы по мехсоставу (по Н. А. Ка-чинскому)

(-, О Е и. вод. 1 СОЛ. мгэкв/100 г %

1 Подзолистая иллювиально-гу-мусовая (г. Апатиты Мурманской 2—12 2,6 5,90 4,65 0,65 8,11 2,6 24,3 2,24 5,68 Песок связный То же

2 Дерновая сильноподзолисто-гле-евая (заповедник «Кивач» Карельской АССР) ....... 0-9 2,6 5,90 5,05 _ 4,71 5,2 52,5 3,88 5,92

3 Дерново-палево-подзолистая (пос. Устье Витебской обл.) . . 0-30 1,5 5,95 5,15 — 4,23 4,6 52,1 5,60 18,64 Супесь

4 5 6 Серая лесная (г. Пущино Московской обл.)........ Чернозем выщелоченный (пос. Рамонь Воронежской обл.) . . Лугово-черноземовидная (пос. Рисоопытный Краснодарского края) ........... 0-20 0-10 0-20 2,1 8,2 3,9 5,40 6,00 6,25 5,05 5,30 6,10 — 4,23 7,28 1,60 18,4 33,0 31,2 81,3 81,9 95,1 6,44 19,90 9,68 28,80 41,68 42,10 Суглинок легкий Суглинок средний То же

7 Краснозем типичный (Батум-ский ботанический сад Аджарской АССР) .......... 3-30 10,3 4,45 3,95 13,96 17,30 2,6 13,1 16,04 32,76 То же

И. пластмассовые вазоны (3 = 1432 см2, - У=3958 см3, 3'= =0,4 см-1). Образцы.почвы в пакетах экспонировали в лабораторных и полевых условиях (микрополевой эксперимент).

^Изучали действие на разложение нсследуемьгх соединений различных . концентраций (30-Г-960 мг/кг) азотных солей— ИаМ03; НН4К'03; (ЫН4)2304 и Н3Р04, а также органических источников углерода (глюкоза, целлюлоза, карбокси-" метилцеллюлоза — КМЦ; 0,01-^-1,0%). Исследовали разложение 3,4-ДХЛ в зависимости от глубины его локализаций '(0—1; 1—6 и.6—12 см) в полевых биометрах (0,4x0,4 м) с серой лесной почвой, изолированных от действия света и осадков. Динамику содержания линурона (0,5 кг/га) в зависимости от способа применения гербицида (с заделкой в слой почвы 0—6 см и без заделки) изучали в .полевом опыте (ЗХ Х7 м) на дерново-палево-подзолистой почве.

При исследовании разложения линурона (10 мг/кг) и 3,4-ДХЛ (100 мг/кг) в зависимости от температурных условий в различных типах почв (табл. 1) их образцы = = 0,8:см~1) после внесения соединений экспонировали в течение 38 сут на всех стационарных пунктах в июне-июле 1977 г. в микрополевых условиях в пахотном слое почвы (10—20 см). " Для математического, моделирования динамики содержания соединений в почве применяли ряд аппроксимационных формул (Моложанова, Каневский, 1971; Терехов, Афонин, 1971; Схиладзе, 1973; Галиулин и др., 1978). Качество аппроксимации оценивали величиной относительного отклонения экспериментальных данных от теоретических и суммой квадратов отклонений. Для расчета критерия 1У (с доверительными пределами), а также для статистической обработки экспериментальных данных разностным и дисперсионным методами (Доспехов, 1972) использовали ЭЦВМ «Напри» и ЭВМ ЕС-1010.

Глава 111. РАЗРАБОТКА ЭЛЕМЕНТА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ЭКОТОКСИКОЛОГИЧЕСКОИ

МОДЕЛИ «СТАНДАРТНЫЕ ПОЧВЕННЫЕ УСЛОВИЯ»

При проведении лабораторных экспериментов исследователи используют почву . различного состояния — длительно хранившуюся," «нативную», а также «преинкубированную». Наши эксперименты показали, что 3,4-ДХЛ, например, интенсивнее разлагается в «проинкубированной» почве по сравнению с почвой «нативной» и длительно хранившейся в воздушно-сухом состоянии: показатель 150 составлял соответственно 4,8 (3,8-^-6,1), 6,0 (5,5-^6,5) и 7,6 (7,04-8,3) сут. Видимо, пре-инкубирование почвы усиливает в какой-то мере ее биологическую активность, а следовательно, и «самоочищающую» спо-

. собность. Однако, как видно: из-'данных, «нативная». почва обладает, лишь некоторыми преимуществами в скорости раз; ложения соединения в сравнений „ с почвой, хранившейся в воздушно-сухом состоянии. Очевидно,, популяции микроорга-. низмов, использующие исследуемое соединение в качестве источника питания, способны длительное время (в .течение года)™ сохраняться в воздушно-сухой почве в латентном состоянии. Во всех, вариантах близкий характер процесса разложения, 3,4-ДХЛ подтверждается формой динамических кривых и высокими значениями коэффициентов -корреляции - (г= + 0,99). • -

Установлено, что разложение исследуемых и других соеди-' нений в почве зависит от условий аэрации (Боржковская и др.,: 1973;. Hsu, Bartlia, 1974; Павлова, 1976). Тем не менее большинство исследователей экспонируют ночву, в нестандартных емкостях. Из-за различных условий аэрации почвенных образцов разложение соединений может происходить с неодинаковой скоростью. Наши опыты показали, что условия аэрации при разложении соединений в различных емкостях (чашки .Петри, пакеты, вазоны) можно характеризовать , показателем S', равным соответственно 6,0; 0,8 и 0,4 см-1. Статисти-у чески доказаны различиям скорости разложения пропанида и линурона при S'=6,0 и S' = 0,8 см-1. Наиболее существенная, зависимость скорости разложения 3,4-ДХЛ от S' установлена в опыте с оптимальными температурой (28°) и влажностью (60%.; ПВ): t&o при S'=6,0 cm~j составляет '6,1," при S'=. = 0,4.см~1 — 48,6 сут соответственно.

Резкие.различия в биологических свойствах генетических горизонтов почвы позволяют косвенно оценить роль биологических и абиотических факторов в разложении соединений. Результаты,опытов, полученные в сопоставимых условиях гндротермического режима (66% ПВ, 28°) и аэрации (S'= = 6,0 см~1), показали, что наиболее интенсивно исследуемые соединения разлагаются в почве пахотного горизонта и лишь после продолжительного инкубирования — в образцах из нижележащих горизонтов (tso для 3,4-ДХЛ в гор. Лпах составляет 3,7, в почве гор. ВС — 28,5 сут соответственно). Это свидетельствует о »преобладающем влиянии биологических процессов на разложение соединений, так как изучаемые горизонты резко различаются по содержанию гумуса, питательных элементов, а следовательно, и по биологической активности. Поэтому наиболее продолжительное сохранение исследуемых соединений можно ожидать в случае их миграции по почвенному профилю и локализации в более глубоких горизонтах почвы обработанных полей. -

Тесная связь процесса разложения исследуемых соединений с температурой и влажностью почвы установлена в рабо-

С '

■^тах" Borner (1965);-Usoroh a. Ilance (197*1) u других-^ авторов. Однако экспериментаторы . в основном исследовали эффект ■ от варьирования только одного фактора. Большую ценность ■ представляют экотоксикологические опыты, проводимые по ; двух- и многофакторной схемам. Исследования скорости раз-сложения соединений"при одновременном изменении * температур ы и влажности позволили установить, что 3,4-ДХЛ найбо-.лее интенсивно разлагается.при 66% ПВ (табл. 2). При'ми-: нимальном (33% ПВ) и максимальном увлажнении (99% ПВ) наблюдалось торможение разложения соединения в широком диапазоне температур (от +8° до +38°). Очевидно, в этом случае проявляется биологическая закономерность, заключающаяся в том, что «...мобилизационные (агрономически -, благоприятные) процессы лучше всего протекают при влажно. спг почвы, приближающейся к 60% ПВ. При такой степени увлажнения почва достаточно обеспечена водой, а также воздухом, находящимся в почве между почвенными агрегатами» (Мишустин, 1972). ■ . : "

* Таблица 2

: Значения критериев tso (СУТ-) и г в двухфакторном эксперименте по выбору -оптимальных условии влажности и температуры почвы для разложения

3,4-ДХЛ. 1973 г.

Факторы Л ■ Б В

ч. Влажность, . пв т^'Тсмпе-" ратура, "С , 33 66 .. 99 г (сравниваемые ва- „ рнанты)

Г\~" 18 13,6 : (11,6-4-15,8) 6,3 (5,2-4-7,7) . 7,4 (6,4-4-8,5) +0,96 ' (18 и 28°) .

" • 28 4,7 (3,6-4-6,1) 2,4 (1,7-4-3,4) 3,6 (2,6-4-5,1) +0,99 (28 и 38°)

; - 38 4,0 (2,9ч-5,5) ' 3,1 (2,4-:-3,9) '6,3 (5,6-4-7,2) • + 0,97 ; (18 н 38°) !

.г * (сравниваемые варианты) + 0,99 (Л, Б) + 0,99 (Б, В) + 0,99 . (В, Л)

- При 18° в сравнении с 28° разложение соединений (неза-' -"висимо от влажности) резко замедлялось; в некоторых случаях, торможение отмечалось и при 38°. Это позволило сделать выводГ о том, что на разложение соединений наибольшее влияние ока-; зывает не уровень увлажнения (в исследуемых пределах), а! температурный режим. Анализ результатов данного двухфак-торного опыта с помощью номограмм позволил рассчитать за-' "висимости —температура» и <450—влажность». Оказалось, что в случае 3,4-ДХЛ температурный оптимум процесса, раз-

ложення находится и пределах 26—30°, а влажности —59т— 73% ПВ. Этот, факт косвенно'; свидетельствует об участии, в разложении соединения мезофнльных микроорганизмов,] которые наиболее активны в диапазоне 25-7-37° . (Мишустин, Ем-цев, 1970). •

Результаты этой части исследований послужили основой для стандартизации условий проведения эколого-агрохимиче-ских опытов но разложению исследуемых соединений в почве. Рекомендуемая методика включает, следующие ; операции: подготовку ночвы к обработке, выбор растворителя, приготовление рабочего раствора препарата, режим обработки. им:поч-вы,' отбор навесок почвы, сроки и особенности проведения химического анализа. Воспроизводимость последовательно проводимых лабораторных экспериментов при сравнении по критерию ty (Pi = 0,05) составляет 90—95%, относительная ошибка эксперимента — в пределах,1—6%. В последующем все лабораторные опыты проводились нами на основе отработанной методики «стандартные почвенные условия» (СПУ), являющейся необходимым элементом экспериментальной экотокси-кологической модели изучения поведения гербицидов в почвеГ Связующим звеном между контролируемым (лабораторным) и полевым экспериментом является микроиолевой опыт, позволяющий изучать действие экофакторов на ' поведение гербицидов в максимальном приближении по. температурному режиму и аэрации к природным условиям. Проведение микрополевых экспериментов заключалось в использований' •почвенных образцов (массой 1 кг) и экспонировании нх в пакетах из полиэтиленовой пленки на определенной глубине почвенного профиля стационарных пунктов (табл. 1) в условиях естественного колебания температуры.

Глава IV. ВЛИЯНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ МИНЕРАЛЬНОГО

ПИТАНИЯ И ДРУГИХ АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ НА РАЗЛОЖЕНИЕ СОЕДИНЕНИИ В ПОЧВЕ :

Исследования но влиянию содержания элементов минерального питания на разложение фениламидных гербицидов немногочисленны (Гальпер-Бличенко, 1972; Ладонин и др., 1973; Beckmann, Pestemer, 1975; Толкачев, 1977). Наши опыты с линуроиом и пропанидом показали, что их разложение Несколько задерживается в присутствии высоких (>120 мг/кг) концентраций азотных солей. Наиболее вероятная • причина этбго явления — угнетающее действие повышенного содержания солей на почвенную микрофлору,, ответственную за разложение гербицидов (Strzelec, 1976). Наибольшее ингибиро-' вание'отмечено при использовании нитратов, минимальное — от солей аммония (табл. 3)..К концу экспонирования разли-

70£Г

50

ш «>

ш О

В» ■

« 100 В

о

о .

«1 ' м

ш о и

о м сз

«1 Д<

^Т^л 5 нср051нср01]]

8,.0 . 12,1

I 1,1,

50

17,0 21,8 25,2

.Д. —.О

400

г-6л&г у.

■у

нср051 НСРо£

0У

I I

8,0 .12,1 17,0 21,8 25,2

Среднесуточная темлература почвы (на глубине 10-20 ом), °С

Рио.1 Разложение линурона (I) ц.З,4-ДХА (П) в различных 'тилах почв в зависимости-от температурных уоловиб. (Обозначение почв как в табл.1).Микрополёвой опыт, экспонирование 38 оут.1977 г , '' *

чип в разложении иропанида по отдельным вариантам становятся несущественными, что может быть связано с постепенной трансформацией нитратной, формы азота (денитрифика-ция). Аналогичное действие отмечено и при внесении в" почву ^ортофосфорной кислоты (табл.3).

• Таблица 3

Разложение гербицидов и их метаболита в зависимости от формы и концентрации элементов минерального питания и углеводов 4 в различных почвах. 1976 г.

Пропанид

(дерново-палево-подзолнстая почва)

Контроль N1144—(М), То же, То же, N03— (К), То же, То же,

К'Н^К'Оз— (М). То же, То же,

Контроль ' * ,Н3РО(— (Р205), То же, То же,

30 мг/кг

120 »

480 »

30 »

120 »

480 »

30 « 120

480 .»

30 мг/кг 120 » 480 »*

51 ±1,3

54 ±3,0

48± 1,1

40±0'

47±2,5

36±3,0

24±2,1

46±0,1

40 ±0,8

30± 1,4

57 ±2,6

56±3,0

51±2,8

38±3,0

Линурон (серая лесная почва) .

Контроль,

Целлюлоза, 1,0% (по массе)

3,4 ДХА

(дерново-палево-подзолистая почва)

Контроль Глюкоза, То же. То же, КМЦ, То же, То же,

0,01% 0,1 % 1,0% 0,01% 0,1% 1,0%

(по массе)

28 ±3,9 70 ±0.6

46±2,8

50±0,1

57 ±0,5.

66±3,0

48±3,2

49±1,1

51 ±0,9

Примечание. СПУ; экспозиция для.пропанида 1 сут, для ли-

нурона 40 сут, для 3,4-ДХЛ 8 сут.

В отличие от пропанида для 3,4-ДХЛ четких различий в скорости разложения при разных формах азота обнаружить не удалось. Однако,-как и в опыте с пропанндом, наблюдали тормозящее действие высоких концентраций минеральных солей. Так, при 480 мг/кг азота различия в содержании 3,4-ДХЛ в сравнении с контролем составляли в среднем 25%. Более низкие концентрации (<240 мг/кг) практически не влияли на разложение соединения. На основании этих опытов можно;за-ключить, что микрофлора, разлагающая линурон, пропанид и 3,4-ДХЛ, в общем, индифферентна к элементам минерального питания в .дозах, эквивалентных рекомендуемым. В повышенных же концентрациях азот и фосфор тормозят разложение соединений. Это исключает возможность использования элементов минерального питания для ускорения разложения исследуемых гербицидов и их метаболита в почве..

-При внесении органических удобрений разложение, в поч-' пе исследуемых соединений ускоряется (Bordeleau, Bartha,' 1972; Hance, 1974; Poschenrieder et al., 1975): Однако вопрос об эффективности различных по природе источников углерода, содержащихся в органическом удобрении, изучен недоста-г точно.-В опыте с линуроном удалось достичь. существенного ; ускорения его разложения при внесении целлюлозы (1% от: массы почвы), табл. 3.Эксперимент с глюкозой показал, что разложение 3,4-ДХЛ заметно стимулируется ею, особенно при! концентрации, равной 1%. Напротив, при использовании угле-; вода полимерной структуры (КМЦ) можно говорить лишь о) тенденции к ускорению разложения. Это позволяет сделать вывод о том, что эффект от внесения органического вещества, определяется'в первую очередь его'физико-химической при: родой, которая и обусловливает его доступность в качестве: субстрата (косубстрата) для микрофлоры, трансформирую-,; щей и утилизирующей гербицид и его метаболит. .

Влияние варьирования pH почвы на разложение гербицидов и других пестицидов исследовали Spengler a. Jumar, 1969; Найштейн, 1973; Саго и соавт., 1973. Показано, что-оптималь-" ные условия pH почвы для разложения различных, соединений неодинаковы. Полученные, нами данные свидетельствуют о том, что разложение пропанида и линурона в кислом и ще-> лочном интервалах pH происходило, по-разному: подкисленне резко замедляло разложение пропанида (на 43%), но не*, сколько (на 4—8%) ускоряло распад линурона. Это свиде-\ тельствует о том, что путем искусственного варьирования pH -почвы регулировать разложение исследуемых. гербицидов можно лишь в ограниченных пределах. : "

Считают (Chisaka, Kearney, 1970; Coha, Kljajic, 1970 и др.), что при увеличении содержания исследуемых соедине^ ннй в почве относительная скорость их разложения резко за-f медляется. Представлялось важным проверить это положение, ' используя достаточно широкий диапазон концентраций соеди-' 4 нений (10—250 мг/кг). Оказалось, что скорость разложения;,: пропанида, и 3,4-ДХЛ зависела от их исходного содержания и '' различия по критерию tso в большинстве ; случаев' были су• щественными. -Так, в случае 3,4-ДХЛ этот показатель " для г концентраций 10, 50 и 250 мг/кг. составил соответственно 3,7 (3,6-т-3,8); 6,4 (5,9-Ьб,9):и 30,9 (24,4-^39,1) сут. Лнализ динамических, кривых разложения соединений при 250 мг/кг позволил выявить лаг-период, соответствующий ~ 24 час для \ пропанида и 4 сут для 3,4-ДХЛ. Это может служить косвен- ; ным подтверждением того, что в данном случае самоочищаю- -щая способность почвы близка к пределу. Очевидно,'при даль-; нейшем повышении концентрации соединения возможны не- -обратимые изменения биологических свойств почвы.

10 V'

. Некоторые исследователи (ВагЧЬа ¿1 а!.;'1967; 'Ьагш1оМа, Ргашег,-1970) допускают, что неравномерное разложение про-панида в почвенных условиях связано с -ингнбирующим действием 3,4-ДХЛ, образующегося при этом. Результаты нашего * эксперимента не подтвердили это предположение, поскольку замедление разложения гербицида иод действием '3,4-ДХЛ оказалось незначительным. .

с Представлялось практически важным проследить особенности1 разложения соединения в зависимости от глубины его "локализации в пахотном горизонте почвы. Оказалось, что в условиях микроделяночного опыта в полевых биометрах 3,4-ДХЛ в серой лесной почве с наибольшей скоростью разлагался в самом верхнем слое (0—-1 см) по сравнению с нижележащими (1—6 и 6—12 см). Мы объясняем это более :благоприятными условиями аэрации поверхностного слоя почвы (0—1 см, 5'=1 .см-1), непосредственно контактирующего с атмосферным воздухом. Различия между вариантами были статистически доказанными во все сроки наблюдений и составляли в среднем 10%. Напротив, .разложение 3,4-ДХЛ в слоях 1—6 и 6—12 см (5'=0,20 и 0,17 см-) соответственно) протекало примерно с одинаковой скоростью, что можно объяснить отсутствием . существенных различий в аэрации. Микробиологический анализ показал, что численность сапрофитных бактерий в почве после обработки 3,4-ДХЛ возросла в 6—14 раз по сравнению с контролем. Отмечены различия'в содержании" сапрофитов по слоям почвы во все сроки наблюдений. . .

, ^ . Ряд авторов ^¡тез!, 1974; Павлова, 1975 и др.) отмечают замедление разложения и усиление фитотоксичности фенила-;мидных гербицидов при-заделке их в почву.-В полевых уело- • виях мы выясняли роль дополнительных факторов (кроме разложения), влияющих на исчезновение лииурона из дерново-палево-подзолистой почвы. Его убыль происходила быстрее (~на 20%) при внесении без заделки. Показатель 1бо без заделки и с заделкой гербицида в почву составил соответственно 1,2 (0,9-=-1,6) и 2,2 (1,8н-2,7) мес. Мы относим это, главным образом,-за счет фоторазложения и отчасти из-за улетучивания препарата. Следовательно, для увеличения последействия линурона или снижения его эффективной дозы целесообразно заделывать препарат в поверхностный слой почвы после его внесения. ,

, - Таким образом, действие различных антропогенных факторов на разложение гербицидов и-их метаболита проявляется в неодинаковой степени, что, видимо, связано как с биологическими свойствами почвы, так и с физико-химической природой самих соединений, . ч\ • /.'.-

, Глава V.-РАЗЛОЖЕНИЕ; СОЕДИНЕНИЙ • В РАЗ Л И Ч Н ЫХчТ И ПАХ П 04 В В ЗА В И С И МО СТ И ОТТЕМПЕРАТУРНЫХ УСЛОВИЙ

•• Неодинаковую скорость разложения соединений в .различ ных. почвах обычно/связывают с:погодными условиями,Гс!раз-.линиями в_биологической ¡активности .почв, с неодинаковым содержанием органического вещества,:с различиями рН," ме5 ханического". состава;:и?другими факторами. Результатьг «ме-ридианального»'микрополевого опыта-показали, что, в; летний период при переходе рт> северных ,,пунктов экспонирования почвенных образцов -к?южным наблюдается четко ^выраженная тенденция к ускорению "разложения линурона и 3, 4-ДХА (рис. I): Это можно связать с постепенным повышением среднесуточной температуры*.:в~июне'-июле ,(от, + 8° до +25°) при движении с севера на юг.;Рьазлнчия в разложении соединений по отдельным типам почвсбставили для линурона в среднем 30%. Для 3,4-ДХА-г- 50% Наибольшей. способностью :.к* раз;' ложению соединений^обладали д окультуренная . подзолистая иллювиально-гумусовая 'П! ^ .целинная красноземная'"'."почвы: Этот факт подтвержден'и в лабораторных условиях. Хотя медленнее всего соединения разлагались в дерновой снльноподзо-листо-глеевой. почве,- однако в этом*случае в сравнении с-друг гимй типами почв различия статистически недостоверныЛХа; рактерно, что одннаковую детоксицирующую способность"обнаружили почвы, существенно различающиеся по своему.* зо: нальному положению- иг самоё главное,' по «оптимальным'температурным тбчкам. для. микроорганизмов» (Мишустин,1975).

- «Аномальное» поведениёГисследуёмых соединений-в^под: золистой иллювиально-гумусовой и;красноземной почвах,.по: видимому, объясняется> сходными ' свойствами этнх?*п6чв: преобладанием' фульвокислот~над гуминовыми, низким ^значением рН, ненасыщенностью основаниями (табл. 1),'практическим отсутствием* высокодисперсных * вторичных минералов монтмориллонитовой:группы. Очевидно, большинство из,этих условий способствует: умеренной сорбции соединений,'а'следовательно, максимальной их доступности почвенным микро-" организмам!' С* другой стороны, вероятная причина повышен^ ной инактнвирующей способности подзолистой иллювиально-гумусовой почвы (в сравнении "с дерновой силыюгюдзолисто-глеевой) — ее высокая окультуренность; . ; - ь .

♦ * В целом можно считать; что определяющим фактором* в разложении гербицида и его, метаболита, независимо от почвенных условий, является .температурный режим. В меньшей мере^инактивация и разложение'соединений определяются , ге-; нетическими особенностями почвьц ;

12: ■*'•'■ " .V V. ' '

Глава VI. О ВОЗМОЖНОСТИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ИССЛЕДУЕМЫХ СОЕДИНЕНИИ ' ^ В ПОЧВЕ

Известны йЬпытки прогнозирования длительности сохранения пестицидов с учетом их физико-химических характеристик (Семенов и др., 1975; Briggs, 1976). Однако подобный подход обеспечивает лишь сравнительный прогноз в самом первом приближении. Другие авторы (Иванова, Моложанова, 1974; Walker, 1976) для этих целей рекомендуют проводить полевые испытания препаратов в конкретных почвенных условиях. Этот подход предпочтительнее первого, но весьма трудоемок. Нами апробирован и предложен способ прогнозирова-. ,ния самоочищения почвы от остатков гербицидов, основанный на экспериментах в СПУ. В нем учитываются и имитируются только те переменные факторы, которые существенно влияют на разложение соединений (например, гндротермические условия). Необходимым элементом прогнозирования считаем использование при расчете критерия ty аппроксимационной формулы пробит-анализа, учитывающей неодинаковую скорость процесса разложения соединения на разных его этапах (Терехов, Афонин, 197,1; Схиладзе, 1973).

.. Для прогнозирования содержания соединения в почвенных образцах в лабораторных условиях при определенном уровне влажности почвы и аэрации (S') в СПУ определяли динамику содержания 3,4-ДХА (35—40 мг/кг) в дерново-налево-подзолистой почве при различных режимах температуры (Т|°, где ¡=8; 18 и 28°). По полученным данным, на ЭВЛУ находили значения ty, соответствующие периодам убыли 25, 50, 75 и 95% соединения (tss. tso. t7s и Us). Затем для каждого из этих критериев строили калибровочные графики «ty—температура», 'то есть «t25 —Т,°», «tso — Ti°», «t75 —Ti°» и «tgs — T|°». Далее по графикам «ty—Ti° » определяли значения критериев ty для конкретной температуры (в нашем примере 16,3°). По критериям t25~bt9s, рассчитанным для этой температуры, строили прогностическую кривую, которая позволяет установить либо долю 3,4-ДХА, разложившегося за определенный срок, либо период разложения определенной доли соединения. В^рассматриваемом примере фактическое содержание 3, ,4-ДХА в почве через 32 сут составило .10,3 (10,1-7-10,4) мг/кг. Согласно прогностической кривой, ожидаемая концентрация должна была составить 9,3 (7,8-:-11,5) мг/кг. Относительное Отклонение фактических данных от прогнозируемых составляет 10%, что можно считать вполне удовлетворительным. .

" Для оценки качества прогноза в микрополевых условиях использовали данные «меридианального» опыта с образцами дерново-палево-подзолистой почвы, обработанной 3,4-ДХА.

> Прог)10стическую;кривую стройли-по^величине среднесуточной: температуры,;- характерйзующейГпериод ¿наблюдений. ~;Каче-• ство предложенного способа^прогнозирования и в этом случае можно оценить как вполне удовлетворительное (табл. 4)., ■

- . „ ;„-".... , , ----- ------------ ., > , .ч ч _ - 1 ; • :■ .. . . ' Таблица 4 . Фактическое и прогнозируемое содержание 3,1-ДХЛ в дерново- -: 1 .-палево-подзолистой почве (5'=0,8 см-1, продолжительность опыта ЗЗ сут) • • . : ч ' ' 1977 г. '

Пункты экспони-; .• ; рования *• Исходная концентрация, мг/кг ! Содержание • ; Относительное ОТКЛО--нение,.%:-■-

, фактическое .. прогнозируемое Л

мг/кг". •'%;' мг/кг

1 31,4 25Л 80 .'80 ,'(76-|l83) "г 28,0-(26,6-1-29,1) — 12

39,2 24,7 63 . 68 (62-1-73) 23,8 .(21,7-^-25,6) + 4"

' 4 43,7 18,8 43 36 (2i-i-43)"i 12,6 ( 8,4—i—15.1) +33

5 27,8 7,8'. . 28 22 (17-;-25) '7,7 ( 6,0-1-8,8) + 1

- 6 ' 29,0 5,8 "20 17 (Ю-т-22) . ■5,9 ( 3,5-^7,7) _ 2

7 38,4 ' 9,2 ~ , 24 2 И (15-1-24). . 7,41 ( 5,3-1-8,4) + 20 ■ ■ :

В среднем (по абсолютной величине):;: 12.

* Среднесуточные температуры почвы "в" течение 38 сут эксперимента-. ; для-разных пунктов экспонирования (1, 2, 4—7, табл. -1) составили соот- ■ ветственно 8,0* (2,5-4-13,6); 12,l°.r.(7,0-i-15,4); 17,0° (12,9-^20,1); 21,8° --(17,7ч-25,0); 25,2° (22,2-1-28,1) и 23,г'Л^ЛЧ-гЭ,9). -. . - v

Рассмотренный способ-прогнозирования проверяли,в максимальном» приближешш;к;естественныму условиям. С,-этой: целью использовали результаты »полевого опыта по влиянию*; .: . глубины ".тока л из ации ,3,4-ДХЛ^ на динамику его' содержания-: . в,серой лесной -почве.:По данным экспериментов, с этой поч:';: вой в СПУ получили:соответствующие "зависимости «период ' :исчезновения — температура»?для расчета динамики содержа'-л ния-3,4-ДХЛ- в'почве;-Далее^огГпрогностической кривой, со-г= ставленной для -среднесуточной 'температуры 15,0°, рассчиты-- вали содержание соединения.вГслое почвы 0—12 см. Как ока-;" " залось,-величина относительного отклонения фактических дан-;ных от-прогнозируемыхСоставляла в среднем 10%, что мож--но считать;вполне;удовлетворительным для прогноза в уело-; виях,; максимальноприближенных,- к; природной обстановке.;/ ■ Таким" 'образом,\преимущество"Ч;предлагаемого способа,; прогнозирования заключается ,в^относительной-^легкости егоЧ ,., осуществления.ввозможностисоздавать для .разных соеди- ; v"нений и почв «банк-данных», которым^можно пользоваться;; . многократно. Метод позволяет: значительно, минимум в 3— 4:раза,,ускорить испытание новых,-перспективных для народ-.;, ного' хозяйства гербицидов, «резко сократить - материальные и t- трудовые затраты. ' . "

•14 . - ' ~ \ 4 - ' £ :

выводы

'..' 1.. Разложение линурона, пропанида и продукта, их транс-:формации 3,4-ДХЛ в почве существенно зависит от темиера-:.туры, условий аэрацин, глубины локализации соединения и от генетического горизонта почвы; исходное состояние почвы и ее влажность в. меньшей степени влияют на процесс, разложения; .; • . . ' .

,2. Процесс, разложения в почве исследуемых, соединений (в интервале концентраций 10—50 мг/кг). удовлетворительно описывается аппроксимационной формулой иробит-анализа, учитывающей неодинаковую скорость -разложения соединения на различных этапах. .

^ ■-З." Из,семи исследованных зональных типов почв окультуренная подзолистая иллювиалыю-гумусовая почва и типич-ныйкраснозем проявили, независимо от температуры, максимальную способность к разложению линурона и 3,4-ДХЛ. В~пяти других типах почв (дерновая сильноподзолисто-гле-евая, дерново-палево-подзолистая, серая лесная, выщелоченный чернозем и лугово-черноземовидная почва) разложение указанных соединений при сопоставимых температурных условиях происходит примерно одинаково."

~ -41 На разложение исследуемых соединений в дерново-пале-вб-подзолистой почве элементы минерального питания (азот, фосфор) в рекомендуемых-для удобрения дозах влияния не оказывают; при высоких концентрациях солей (кислоты) отмечено торможение разложения соединений, наиболее сильное ингибирующее действие на этот процесс оказывают нитраты и фосфаты. > ■ - ■ ■ ' •

: Г. 5.; Изменение среды дерново-палево-нодзолистой почвы (рН 4-ь8) по-разному влияет на разложение гербицидов: про-панид разлагается быстрее при'централизации, а линурон, напротив, индифферентен к изменению рН почвы; разложение линурона существенно ускоряется в присутствии углевода, полимерной структуры (целлюлозы), а 3,4-ДХЛ — только в присутствии мономера (глюкозы).

6. Заделка линурона в поверхностный слой дерново-палево-подзолистой почвы увеличивает длительность сохранения в ней препарата.

7.Методы «стандартных почвенных условий» и построения «прогностических кривых» являются простым, удобным и до-1 статочно надежным средством для оценки условий и факторов разложения исследуемых соединений в почве; эти методы после окончательной проверки в полевых условиях могут, быть использованы для прогнозирования содержания в почве остатков фениламндных гербицидов.

V ПРЕДЛОЖЕНИЕ^ ВНЕДРЕНИЮ ^ Г: Ц

•г.; Потенциальные: "гербициды-,(производные .фенйламида; и; - анилина) для изучения их.'стойкости Си с .целью повышения} .''

■ «."точности прогнознрбвания'ердержания'в почве*их остатков еле-'.V У-дует; испытывать в 'стандартных''почвенных, условиях. Послед- ' 'V* ниё-включают использование преиикубйрованной (при 21±г1?^ С; и 80% ПВ) почвы'горйзонта;Л'п^';, (нативной или хранившейся ■у не-более"одного-года) ;й экспонирование ее в: небольших^ ем--' <* костях; (при определенном .-¡отношении общей поверхности! об-""

разца;к- объему) ;;:при~ температуре. ,28±2° и влажности';"-• >\*66±7.% ПВ.! Для .статистической'"'обработки *эксперименталь- ; '•'.ных-1 данных'-и расчета "доли; соединения; разложившегося '-за,:; '•определенный период, .рекомендуется использовать аппрокси-'С. мационную формулу.."пр6бит;анализа с алгоритмом для ЭВМ..;,

■ Предложение рекомендуется': использовать" токсикологнчс* ■'•' • ским лабораториям «Союзсельхозхимии» МСХ СССР.,

По материалам диссертации опубликованы работы '-

>1..Стандартизация условий для исследования разложения " .в почве гербиц'идов/и их .метаболитов., Агрохимия, № 1, 1977 ;,;(в соавторстве с М. С Соколовым и М. А; Рыжей). : \ -. 2. Изучение в многофакторном^эксперименте условий раз- : ложения в почвенекотррых;>7^'рбицид6в/ и 'их метаболитов. В :; сб.:, . Основные/, -вопросы" агрохимии и почвоведения.

-ВИНИТИ, Кг 3942-77 (дёп.!11.Х.77 г.)* ;

. 3. Исследование поведения* ксенобиотиков в стандартных ' . почвенных условиях. В сб.: Проблемы к методы экотоксиколо-гического - моделирования ,':и '^прогнозирования. ВИНИТИ," * № 532-78 (деп: 15.02.78 г.); • - ' ." . 4. Действие некоторых экофакторов на разложение в-почве пропанида, линурбна и продукта их трансформации 3,4-ди-хлоранилнна. Известия АН " СССР, сер. биол;, №.5, 1978 , ' (в соавторстве с М."С:'¡Соколовым,- Я. А. Пачепским и М. А.. --Рыжей). ■ ; V,';./,.„.,';" ■.".-..';"".,-'

г: 5. Биоразложение пестицидов и прогнозирование их содер-*. жания в почве. ЗащитаСрастений, № 4, 1979 (в соавторстве.с М.:С.'Соколовым).- "-'■*--_< - *

6.-Разложение линурона,"1м6нолинурона и их производных : в'различных типах'почв;в : зависимости .от температурных •""'условий. Агрохимия, ,N2.6, 1979 (в соавторстве с М. С. Соколовым, В. П. Сухопаровой й:Б. Н. Золотаревой). . -- -7. Специфика разложения линурона, монолинурона и их производных в подзолистой иллювиально-гумусовой почве при различных^ температурных;условиях. В сб: тезисов докладов " VIII Всесоюзного симпозиума-. «Биологические проблемы .Се- -16 - •'• ' ' 'л" ' ' ■ ">".

вера», Апатиты, 1^79 (в соавторстве с М. С. Соколовым, В. П. Сухопаровой и Б. Н. Золотаревой).

8. Особенности динамики сапрофитных бактерий в серой лесной почве в присутствии 3,4-ДХА (микрополевой опыт). В.сб. материалов II Всесоюзного симпозиума «Биодинамика почв» — «Сезонная динамика почвенных процессов», Таллин, 1979 (в соавто|рстве с Н. Д. Ананьевой).

Л 41458 18/1—80 г.

Объем 1 'Д п. л.

Заказ 2401.

Тираж ЮС

Типография Московской с.-х. академии им. К. А. Тимирязева 127550, Москва И-550, Тимирязевская ул., 44