Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Екотоксикологiчна характеристика гербщидiв, що використовуються при вирощуваннi рису в Украiнi

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Екотоксикологiчна характеристика гербщидiв, що використовуються при вирощуваннi рису в Украiнi"

НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Прокогаок Неля Петрівна

УДК 631.95/943.544+541/639.911

ЕКОТОКСИ КО ЛОГІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА ГЕРБІЦИДІВ, ЩО ВИКОРИСТОВУЮТЬСЯ ПРИ ВИРОЩУВАННІ РИСУ В УКРАЇНІ

03.00.16 - екологія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук

Дисертаційна робота виконана в Інституті захисту рослин УААН і на Дослідній станції рису УААН в 1994 - 1996 рр.

Науковий керівник:

доктор сільськогосподарських наук Бублик Людмила Іванівна,

Інститут захисту рослин,

завідувач лабораторії аналітичної хімії пестицидів

Офіційні опоненти:

доктор медичних наук, професор Цапко Валентин Григорович, Національний аграрний університет, завідувач кафедри охорони праці

кандидат сільськогосподарських наук Макаренко Наталія Анатоліївна,

Інститут агроекології та біотехнології УААН, старший науковий співробітник

Провідна організація: Полтавський сільськогосподарський інститут,

кафедра екології та ботаніки,м. Полтава

Захист дисертації відбудеться “ЛЗ ” Т/іШнЛ 1998 р. о /Р годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.004.02 в Національному аграрному університеті за адресою: 252041, м. Київ, вул. Героїв оборони 15, навчальний корпус №3, аудиторія 65.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного аграрного університету: 252041, м. Київ - 41, вул. Героїв оборони 11, навчальний копус №10.

Автореферат розісланий “Я-3 ” -¿М 1998р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

МенджулВ.І.

1. Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Рис, як зернова культура, по площі вирощування займає провідне місце в світі, оскільки відзначається високою харчовою цінністю. Вуглеводи та білки, які місгяться в рисі, легко засвоюються організмом людини, він має менше клітковини та зольних елементів, ніж інші зернові, містить значну кількість вітамінів - завдяки цьому рис завжди рекомендували для дитячого харчування. Вітчизняні рисоводи досконально освоїли технологію вирощування цієї культури, разом з наукою пристосували її до наших грунтово - кліматичних умов.

Проте сьогодні галузь незаслужено знищується, тому що рисові системи на Україні в основному розміщені вздовж узбережжя Чорного моря та інших водоймищ, які набувають останнім часом особливе значення, як курортні із суворим санітарним режимом, а також райони рисосіяння в Україні належать до сухостепової зони, помірно жаркої, посушливої, у грунтовому покриві якої переважають темно - каштанові й каштанові грунти в комплексі з солонцями, солончаками, солодями. Толерантність цієї території до пестицидного навантаження оцінюється величиною індексу здатності самоочищення земельних угідь як дуже слабка (0,2). Тому проблема вирощування культур за інтенсивними технологіями, які не завдають екологічної шкоди, тут надзвичайно важлива та актуальна.

Тема дисертаційної роботи є складовою частиною теми “Розробити систему моніторингу пестицидів в агроекосистемі в умовах інтенсивного вирощування рису”, № Держреестрації ДР 01950018372.

Мета і завдання досліджень. Оцінка екологічного ризику застосування гербіцидів в технології вирощування рису в південних районах України. При цьому було виконано наступні завдання-, характеристика властивостей гербіцидів нового покоління піразосульфурон-етилу і квінклораку (ринкова назва Сіріус та Фацет КС) за полярністю на основі моніторингу у природних середовищах; вивчення залежності умов хроматографування піразосульфурон-етилу, квінклораку в тонкому шарі адсорбенту від величини дипольного моменту та розробка методик їх визначення в рослинах та зерні рису, грунті, воді; вивчення динаміки розпаду гербіцидів в рисовій агроекосистемі; екотоксикологічна характеристика та оцінка ступеня небезпеки застосування гербіцидів в рисових агроекосистемах півдня України.

Наукова новизна. Вперше визначені дипольні моменти та класифіковані за полярністю гербіциди, які широко використовуються в галузі рисосіяння.

з

Підтверджена залежність основних фізико-хімічних властивостей хімічних сполук, що становлять діючу речовину гербіцидів, від полярності та визначені такі показники як швидкість розпаду і накопичення залишків гербіцидів в рослинах рису, грунті, воді. Встановлено ступінь небезпеки застосування гербіцидів в рисових чеках в сухостеповій зоні України. Розроблено модель прогнозування та оцінки забруднення рисової агроекосистеми гербіцидами.

Практичне значення роботи. Розроблено методики визначення піразосульфурон-етилу (Сіріусу) та квінклораку (Фацету КС) в рослинах, зерні рису, грунті та воді методом тонкошарової хроматографії. Результати досліджень динаміки вмісту гербіцидів в рослинах, грунті та воді використані при розробці заходів захисту посівів рису від бур’янів, які увійшли окремим розділом в нову природоохоронну технологію вирощування рису в районах із суворим санітарним режимом.

Апробація роботи. Основні результати досліджень було викладено на: засіданнях Вченої Ради Інституту захисту рослин УААН в 1994-1996 рр. та лабораторії аналітичної хімії пестицидів ІЗР УААН; науковій конференції молодих вчених, присвяченій 50-ти річчю ІЗР УААН (Київ, 13-14 березня, 1996р.).

Особиста участь дисертанта полягає у розробці та удосконаленні методик визначення нових перспективних гербіцидів Сіріус та Фацет КС в рослинах рису, грунті, воді, підготовці та проведенні дослідів, вивченні динаміки вмісту нових і традиційних гербіцидів в об’єктах рисової агроекосистеми за вегетаційний період протягом трьох років. Експериментальні дані

використані при розробці моделі оцінки ризику застосування гербіцидів при вирощуванні рису в умовах Херсонської області. Планування, одержання та інтерпретація результатів виконано здобувачем самостійно.

Структура та об’єм дисертації. Дисертація викладена на 134 сторінках машинописного тексту, складається із загальної характеристики роботи, двох розділів, висновків і рекомендацій виробництву, додатків. Містить 18 таблиць, 9 рисунків, 4 фотографій. Список літератури включає 240 найменувань, в т.ч. іноземних авторів £7.

2. Місце, умови і методика досліджень

Досліди проводились в лабораторії аналітичної хімії пестицидів Інституту захисту рослин УААН та на Дослідній станції рису УААН(Херсонська обл., Скадовський р-н., с. Антонівка).

На дослідному полі вирощувались: сорт інтенсивного типу Спальчик, Мутант 428, Краснодарський 424. Попередниками рису були озима пшениця

Визначення гербіцидів в рослинах, грунті, воді та продуктах врожаю складається з декількох етапів: підбір та зберігання проб, вилучення гербіцидів з аналізованої проби, очистки та концентрування, якісного і кількісного визначення відповідними методами.

Відбір та зберігання проб було здійснено за уніфікованими правилами. Визначення гербіцидів Пропаніду, Ордраму, Базаграну в об'єктах рисової системи проводилось за допомогою офіційно затверджених методик, Сіріусу та Фацету - модифікованих та розроблених в лабораторії аналітичної хімії пестицидів ІЗР.

Використовувались прилади: хроматографи "Цвет 106" та "Регкіп-Еітег", тонкошарова хроматографія.

3. Результати досліджень 3.1. Аналіз гербіцидів в елементах рисової агроекосистеми

Основою оптимізації застосування хімічних засобів захисту рослин від шкідливих організмів є моніторинг пестицидів в об’єктах навколишнього середовища.

Організація моніторингу пестицидів в об’єктах агроекосистеми можлива лише при наявності достатньо чутливих, специфічних і відносно простих методів їх ідентифікації та кількісного визначення. В аналізі органічних сполук, зокрема пестицидів, немає схеми аналогічної неорганічному аналізу. Останній базується на властивостях окремих елементів та іонів, наприклад аналіз елементів першої групи періодичної системи. Проведені дослідження показали, що основним показником, що визначає властивості пестицидів і їх поведінку в навколишньому середовищі є їх полярність, яка характеризується величиною дипольного моменту молекули сполук.

За величиною дипольних моментів пестициди розділено на три групи: неполярні з дипольним моментом від 0 до 2, малополярні - з (і від 2 до 6 , та полярні з ц > 6 дебай (Д).

Дипольні моменти гербіцидів визначались методом тонкошарової хроматографії.

Виходячи з того, що для оцінки полярності рухомої фази краще використовувати величину діелектричної проникності є, а речовини, що хроматографується - величину дипольного моменту ц, була встановлена залежність між цими величинами і величиною ИТ піразосульфурон-етилу (Сіріус), пропанілу (Пропанід), молінату (Ордрам) та бентазону (Базагран) в конкретних умовах: адсорбент - силікагель КСК, рухома фаза - аполярний апротонний розчинник н-гексан (є = 1,89; ц = 0), до якого постійно

хроматографії після екстракції хлороформом і подальшим перерозподілом між двома розчинниками, що не змішуються.

Метрологічна характеристика методів визначення піразосульфурон-етилу та квінклораку показана в таблиці 2. В результаті досліджень були розроблені методичні вказівки по визначеннню піразосульфурон-етилу ( Сіріусу) та квінклораку (Фацету КС) в зерні рису, рослинах, грунті та воді методом тонкошарової хроматографії, які затверджені офіційно.

Таблиця 2 - Метрологічна характеристика визначення

піразосульфурон- етилу та квінклораку методом НИХ.

Зразки Параметри

Х,% Б2 Б Бх 8х- Іа С

Рис (зерно) 83.9 1.56 1.15 0.56 1.56 1.86

80,8 0,74 0,86 0,39 1,08 1,33

Рис 85,9 1.00 1.00 0.44 1,22 1,42

(рослини) 81,7 1,99 1,41 0,63 1,75 2,14

Грунт 89.0 1.06 1,03 0.46 1,28 Мі

84,2 2,56 1,60 0,71 1,97 2,33

Вода 90.5 5.53 1,59 0.72 1.98 2.18

90,2 1,26 1.12 0,50 1,39 1,54

X - середнє значення визначення, %. Б2 - дисперсія. Б - стандартне відхилення. Бх - середня квадратична похибка. С - вірогідна відносна похибка, %.

п = 5, р = 0,95, Іа = 2,78 - коефіцієнт Стьюдента.

Примітка: піразосульфурон-етил - в чисельнику квінклорак - в знаменнику.

3.3. Динаміка вмісту гербіцидів в об’єктах рисової агроекоснстеми

Результати багаторічного вивчення динаміки розпаду пестицидів показали, що константа швидкості розкладу пестицидів в сільськогосподарських культурах та грунті найбільш достовірно може бути розрахована по експоненційній моделі.

Цій моделі відповідає залежність Сі - Со • е-к1, де Со, С( - відповідно початкове та поточне (в момент часу -1) значення концентрації пестициду в об‘єкті; к - константа швидкості процесу. Особливість екпоненційної моделі в тому, що при різниці абсолютних швидкостей в різні моменти часу відносна швидкість є величиною постійною, незалежною від часу. Розрахований за цією моделлю період напіврозпаду препарату Тзо також не залежить від часу. Таким

Рис. 1, Дішиїкв äHle.jf Clÿtjc] в aahpejIJ

. cacieul / надул ! / v.в. 0,02 кт/га

- во д.р.

ї їоді ------j / ексиоривмглм! їачкл /

rpjiitt________________«р

рОСЛйНЗХ _______________«

* . / *9üpeíH4H{ «ЧК* /

?йС* 2* - ДлНйИхв кі!сгу Qpxpau?-/ и*Э* 2,ъ кг/гэ ад д*р« ,

У ВОДІ „______ А / вКСйвр*К9В*8ДІИІ *04X4 /

. грув*1______« -«---- .

pocjiaax ______ » —«_

1 ф. /'ГШСРЄТМЧЧЇ гочкН / *

ТАБЛИЦЯ 3 - КОНСТАНТА ШВИДКОСТІ ДЕТОКСИКАЦІЇ ТА ПЕРІОД НАПІВРОЗПАДУ ФАЦЕТА У

ВОДІ, ГРУНТІ ТА РОСЛИНАХ РИСУ

Характеристика к, Т50 Знайдено, мг/кг, мг/л ... доба

зразку доба'1 діб 1 3 7 14 21 . 30 60 90

ФАЦЕТ, 25% к.с., норма витрат 0.5 кг/га по я. р. 1. Вода 0,29 2,4 0,025* 0,010 0,005 0,0020 0,0010 0,000004 0,0

2. Грунт 0,22 3,1 0,300* 0,210 0,130 0,0560 0,0250 0,0080 0,0002 0,0

3. Рослини рису 0,40 1Л 0,450* 0,136 0,027 0,0017 0,0001 0,0 0,0 -

Примітка: * - експериментальні лані

прогнозування шкодочинності хвороб, шкідників, бур’янів і доцільність застосування засобів боротьби з ними; комплексне використання агротехнічних, меліоративних і хімічних прийомів з урахуванням фенології шкідливих організмів і властивостей сортів рису; використання оптимального асортименту пестицидів; дотримання природоохоронних вимог до технології застосування хімічних засобів - мінеральних добрив та пестицидіз. Такий підхід дозволяє забезпечити захист рослин і в значній мірі покращити екологічний стан довкілля в рисосіючих районах, шляхом введення в культурне землекористування засолених та заболочених ділянок Присивашшя.

Імовірність прояву негативних наслідків при некваліфікованому використанні пестицидів очевидна, але відмова від їх застосування в галузі рисівництва економічно неможлива, та й екологічно недоцільна через специфічність рисового поля (водний режим), де можливості механічної боротьби з бур’янами вкрай обмежені. Вивчення ефективності застосування гербіцидів Сіріус, Фацет КС та їх сумішей в посівах рису (дані Дослідної станції рису) показує, що не тільки підвищується врожайність культури, а й створюються оптимальні умови для росту і розвитку рослин рису. При цьому вказані гербіциди не є джерелом забруднення навколишнього середовища.

В роботі використовується інтегральна класифікація пестицидів за ступенем небезпеки їх застосування, в яку включена оцінка пестицидів за двома показниками: токсиколого-гігієнічними та екотоксикологічними. Вона має 7 ступенів і розраховується за формулою: СНеб = (Ка+Кб) - 1 , де Кд і Кь класи небезпеки за токсиколого-гігієнічною та екотоксикологічною класифікацією.

За небезпечністю хімічні сполуки поділяють на 4 класи: дуже небезпечні -

1 та 2 ступінь, небезпечні - З, помірно небезпечні - 4 та 5, малонебезпечні - 6 та 7 ступінь. Неполярні пестициди характеризуються 1, 2 і 3 ступенями небезпеки, малополярні - 4 та 5, полярні - 6 та 7 ступенями небезпеки. Тому моніторингу підлягають неполярні і деякі малополярні (4 ступінь) пестициди, які мають невелику константу швидкості розпаду в об’єктах агроекосистеми.

Щоб зберегти сприятливу екологічну ситуацію в локальному і регіональному масштабах, потрібно нормувати кількість та асортимент пестицидів на рівні, що не перевищує інтенсивності процесів самоочищення сільськогосподарських ландшафтів. Для оцінки ступеня екологічного ризику при застосуванні гербіцидів в рисових чеках використано агроекотоксикологічний індекс (АЕТІ) (В.П. Васильєв, В.М. Кавецький, Л.І. Бублик).

АЕТІ = 110 • V( 1 + УР1: |(1 + У)< + 5000] (2)

де V - прогнозоване забруднення, яке пропорційно навантаженню пестицидів, ступеню його небезпечності та толерантності території.

За результатами досліджень 1994-1996 рр. побудовано модель ступені ризику використання різнополярних гербіцидів в рисовій агроекосистемі сухостепової зони України (Рис. 3). Застосування в цій зоні нових полярних гербіцидів п’ятого покоління з невеликими нормами витрат і ступенем небезпечності 5 - 7 є малонебезпечним, при цьому АЕТІ меньше одиниці.

£-«

«4?

'НЄ(

Рис. З Модель ризику застосування гербіцидів при вирощуванні рису в сухостеповій зоні України (темно- каштанові та каштанові грунти, Ізон = 0,2, ГТК = 0,5)

А-Пропанід30%к.е.,нормавитрати- 5 кг/гапод.р.

В - Ордрам 72%к.е., -II- 3,5 кг/га по д.р.

С- Базагран 48% в.р., -//- 1,5 кг/га по д.р.

Д- Фацет 25%к.с., -1/- 0,5 кг/га по д.р.

Е- Сіріус 10%з.п., -II- 0,02 кг/га по д.р.

Висновки

1. На сучасному етапі застосування гербіцидів при вирощуванні рису в сухостеповій зоні України розглядається як важливий прийом раціонального ведення сільського господарства. Можливі негативні екологічні наслідки їх застосування можуть бути усунені шляхом співвимірювання гербіцидного навантаження з здатністю території до самоочищення. Для цього є необхідним моніторинг гербіцидів в рослинах, грунті, воді, який включає розробку вірогідних та чутливих методів їх визначення і вивчення хінетики розпаду в об’єктах навколишнього середовища.

2. Підтверджено, що фізико-хімічні властивості є функцією молекулярної будови гербіцидів, від якої залежить їх полярність, тобто величина дипольного моменту. Розраховані дипольні моменти гербіцидів Пропанід, Базагран, Ордрам, Сіріус та Фацет КС, за якими вони віднесені до малополярних та полярних сполук.

3. Доведено, що дипольний момент може використовуватись для попередньої екотоксикологічної характеристики гербіцидів: доцільно використовувати більш полярні гербіциди з малими нормами витрат.

4. Розроблено методики визначення нових перспективних гербіцидів Сіріус та Фацет КС в рослинах рису, грунті, воді тонкошаровою та газорідинною хроматографією, які затверджено як офіційні. Чутливість визначення (мг/кг; мг/л) відповідно дорівнює: для Сіріуса в ТШХ - 0.005; 0,005; 0,001; в ГРХ - 0,001; 0,001; 0,0002; для Фацета в ТШХ - 0,03; 0,01; 0,001.

5. Вивчена динаміка гербіцидів, що використовувались при вирощуванні рису в 1994 - 1996 рр. За експоненційною моделлю розраховані їх константа та період напіврозпаду, які є показниками інтенсивності процесу детоксикації пестицидів у воді, грунті, рослинах і відповідно дорівнюють: k (за добу) Сіріуса - 0,28; 0,20; 0,32; Фацета КС - 0,29; 0,22; 0,40; Ордрама - 0,12;

0,10; 0,24; Tso (діб) Сіріуса - 2,48; 3,47; 2,17; Фацета КС - 2,4; 3,1; 1,7; Ордрама

- 5,78; 6,93; 2,89.

6. За інтегральною класифікацією встановлена ступінь небезпечності застосування препаратів Сіріус та Фацет КС, яка відповідно дорівнює 7 та 6 по 7-ми бальній шкалі (найнебезпечніша ступінь оцінюється балом 1).

7. За результатами досліджень побудовано модель оцінки ризику застосування гербіцидів в умовах вирощування рису в Україні. Показано, що неполярні, малополярні та полярні гербіциди не повинні перевищувати відповідно норми витрат 2, 4 і 6 кг/га, тоді середнє навантаження пестицидів на територію (екотоксикологічна доза) буде знаходитись в межах

потенційної можливості виживання фауни і збереження гігієнічних нормативів якості продукції.

8. Доведено, що раціональне застосування гербіцидів при вирощуванні рису не є джерелом забруднення навколишнього середовища в сухостеповій зоні України.

9. Методи визначення гербіцидів Сіріус та Фацет КС у воді, грунті та рослинах рису за допомогою тонкошарової хроматографії, які відрізняються доступністю реактивів і приладів, простотою виконання, результати вивчення динаміки вмісту гербіцидів в об’єктах рисової агроекосистеми, рекомендуються для використання токсикологічними лабораторіями МінАПК і санітарно -епідеміологічної служби при контролі екологічного та гігієнічного стану навколишнього середовища в зоні рисосіяння.

10.3а результатами досліджень розроблено “Схеми технологічної карти вирощування рису з внесенням пестицидів”. Такі карти впроваджено в ряді рисових господарств.

11 .Пропонується методика моніторингу пестицидів в об’єктах навколишнього середовища яка є джерелом необхідної інформації для визначення параметрів екологічної безпеки хімічних заходів по захисту рису.

12.Рекомендусться модель, яка допоможе раціонально використовувати і оберігати навколишнє середовище в сухостеповій зоні України при вирощуванні рису. В цьому регіоні із суворим санітарним режимом рис саме така культура, вирощування якої дає можливість підтримувати екологічний стан навколишнього середовища на позитивному рівні.

Публікації результатів досліджень:

1. Прокопюк Н.П., Бублик Л.І., Федоренко Н.В. Визначення і вивчення поведінки препарату Сіріус в елементах рисової агроекосистеми. // Вісник аграрної науки.

- 1997. - №12. - с.18-19 (Особистий внесок здобувача - 70%. Проведення експериментальних досліджень, розробка методик).

2. Бублик Л.І., Федоренко Н.В., Прокопюк Н.ГІ. Екотоксикологічна оцінка ризику застосування хімічних засобів захисту рису у сухостеповій зоні України. // Захист рослин. - 1997. - №1. - с.6-8 (Особистий внесок здобувача - 50%. Проведення експериментальних досліджень, отримання результатів експерименту, їх обгрунтування).

3. Бублик Л.І., Прокопюк Н.П., Федоренко Н.В. Контроль за вмістом квінклораку в рослинах та зерні рису, грунті і воді методом тонкошарової хроматографії. // Захист рослин. - 1998. - №4. - с.9 (Особистий внесок здобувача - 70%. Проведення експериментальних досліджень, розробка методик).

Впервые охарактеризованы по полярности гербициды широко применяющиеся в отрасли рисосеяния и определены их дшюльные моменты. Подтверждена зависимость основных физико-химических свойств химических соединений, которые являются действующими веществами гербицидов, от полярности и определены такие показатели как скорость разложения и накопления остатков гербицидов в растениях риса, почве, воде. Установлена степень опасности применения гербицидов в рисовых чеках в еухостелной зоне Украины. Разработана модель прогнозирования и оценки загрязнения рисовой агроэкосистемы гербицидами. Дана экотоксикологическая характеристика гербицидов, рекомендуемых для применения в технологии выращивания риса. Доказано, что рациональное применении гербицидов при. выращивании риса не является источником загрязнения окружающей среды в сухостепной зоне Украины.

Ключевые слова: экотоксикология, рис, гербициды, полярность, степень опасности.

Prokopuk N.P. The ecotoxicological characteristics for herbicides wich are used in rice growing in Ukraine.

Dissertation for searching of the degree of candidate of agricultural sciences according to speciality 03.00.16 - ecology. National Agricultural University, Kiyv, 1998.

It were first discribed widely used herbicides by their polarity. Also it were determined their dipole moments. It was confirmed that quality of herbicides depends on its polarity. The model for forecasting and evaluating of pollution the rice agroecosystem with gerbicides is developed. It was determined the level for safe usage of herbicides in rice fields in the South of Ukraine. It was proved that rational using of gerbicides do not cause the pollution of environment in the South of Ukraine.

Key words: ecotoxicology, rice, herbicides, polarity, range of danger.