Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Подвижность и устойчивость хлорсульфурона в почве

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Подвижность и устойчивость хлорсульфурона в почве"

-9 Ч"/;

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

На правах рукописи

КОТОВРЛСОВ Павел Иванович

УДК 631.4+632.954

ПОДВИЖНОСТЬ И УСТОЙЧИВОСТЬ ХЛОРСУЛЬФУРОНА В ПОЧВЕ (ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ЭЛЕМЕНТЫ ПРОГНОЗА) Специальность: 03.00.27 — почвоведение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА 1991

Работа выполнена во Всесоюзном научно-исследовательском институте фитопатологии.

Научный руководитель — доктор биологических наук, профессор Спиридонов Ю. Я.

Официальные оппоненты; доктор сельскохозяйственных наук, профессор Савич В. И., кандидат .биологических наук, старший научный сотрудник Овчинникова М. Ф.

Ведущая организация — Институт экспериментальной метеорологии НПО «Тайфун». ■

Защита состоится « . ' .... 1992 г.

в «7у» часов на заседании специализированного совета К 120.35.01 в Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева.

Адрес: 127550, Москва И-550, Тимирязевская ул., 49. Ученый совет ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА.

Автореферат разослан « . •Л^^/у^. . . 199^г.

Ученый секретарь спецаилизированного совета — кандидат биологических наук

кУ^/Т/^^ м. В. Вильяме

, - ' ОБЩЛЛ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Хлорсульфурон (2-хлор-И-[ (4-метокси--6-метил-1,3,5-триазин-2-ил)-аминокарбонил]- бензолсульфонамид -действующее Бо'дество гербицидного препарата "Глин" - первого и широкоырименяемого из нового класса высокоэффективных гербицидов - сульфонилмочевил, синтезированного и рекомендованного к применению фирмой "Дюпон" в начала 80-х годов. В СССР "Глин" тзокомен-дован Госкомиссиой по химическим средствам борьбы с вредителями, болезнями и сорняками для подавления нежелательной растительности в посевах льна, проходят испытания гербицида на злаковцх культурах.

На первых этапах исследований хлорсульфурона достаточно подробно изучаю! мехашзм его гербицидного действия, метаболизм в растениях, чувствительность к нему различных культур. В . монь-шей степени уделялось внимание вопросам взаимодействия хлорсульфурона с почвами, хотя эффективность гербицидов при почвенном применении в борьбе с сорной растительностью во многом определяется его поведением в почве и зависит как от общего содержания гербицида в почве, так и от его концентрации в жидкой фазе почвы ~ почпенном растворе.

Изучение доминирующих процессов, определяющих судьбу хлорсульфурона а почве (разложение, сорбция, миграция), позволило бы прогнозировать не только его эффективность, но и оценить экологические последствия ого применения, такие как возможность про-шпшовения в грунтовке воды, повреждение в севообороте чувствительных к хлорсульфурону культур.

Цель и задачи исследования. Основная цель данной работы: количественно описать закономерности процессов разлотгая, сорбции и миграции хлорсульфурона в почвах и оценить влияние основных почвенно-климатических условий на эти процессы. Для достиже-

ния этой цели были решены задачи: 1) апробированы и модифицированы мотодики анализа хлорсульфурона в почвах (биологический метод и метод высокоэффективной жидкостной хроматографии); 2) количественно описаны закономерности сорбции хлорсульфурона почвами и влияние на этот процесс влажности и температуры; 3) дана сравнительная оценка миграционной способности гербицида в почвах различных типов; 4) определены основные параметры процесса разложения хлорсульфурона в почвах, выявлено влияние свойств почв, гидротормических условий и дозы на скорость деградации гербицида; 5) установлешше в лабораторных экспериментах количественные закономерности и параметры разложения хлорсульфурона в почвах использованы для прогнозной оценки длительности сохранения гербицида в почвах трех почвенно-климатических зон.

Научная новизна. Впервые определены параметры сорбции, миграции и разложения хлорсульфурона для ,почв различных регионов СССР; количественно оценено влияние свойств почв и их гидротерми ческого режима не процессы сорбции и разложения гербицида. На основании полученных закономерностей и экспериментальных данных предложена математическая модель для прогноза длительности сохранения хлорсульфурона в почве.

Практическая ценность работы. Полученный в работе фактический материал по поведению хлорсульфурона в почвах различных регионов страны (коэффициент сорбции, миграционные показатели, константы скорости разложения гербицида) может быть использован как для решения конкретных практических задач, так и в качестве экспериментального обеспечения математических моделей поведения хлорсульфурона в почвах. Предложенная простая модель динамики содержания хлорсульфурона в почвах позволяет на основании только справочного материала по свойствам и термическому режиму почв прогнозировать остаточные количества гербицида и, таким образом,

оценить возможные последствия его применения. Практикам сельского хозяйства будут полезны дашше по влиянию известкования кислых почв на длительность сохранения хлорсульфурона, которые позволят корректировать исходные дозы гербицида при внесении в почву извести.

Апробация работа. Материалы диссертации доложены на 3 Всесоюзном съезде почвоведов (Новосибирск, 1989), на научно-практической конференции Одинцовского района Московской области "Молодое ученые - сельскому хозяйству Нечерноземной зоны" (Москва, 1939) и на симпозиуме "Деградация пестицидов при комплексной защите сельскохозяйственных культур от вредных организмов" (Ленинград, 1990).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из1 введения, обзора литературы, описания объектов, материалов и методов исследований, изложения и обсуждения полученных результатов, заключения, выводов, списка литературы, включающего отечественных и работ на иностранном (английском) языке, приложение. Изложена на !??стратщах машинописного текста, цифровые данные отображены в таблицах, текст иллюстрирован ^рисунками.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Условия, объекты и иетоды исследования

Хлорсульфурон. В экспериментах использовал;! чистый хлор-сульфурон - 2-хлор- II [(4-метскси-6-метил-1,3,5-триазин-2-ил)-аж:нокарбонил]-бензолсульфонакид (химическая чистота - 99.85), о также меченый по углероду в метокси группе триазинового кольца (радиохимическая чистота - 99.5Ж, удельная активность препарата - 143 кВк/г).

Почгы. Исследования проводили на образцах гумусовых гори-

зонтов почв (глубина 0 - 20 см) различных типов и образцах пахотного горизонта дерново-подзолистой почвы, модифицированных по pH и содержанию органического вещества путем внесения извести и торфо-навозного компоста (ТНК). Кроме того один образец дерново-подзолистой почвы обрабатывали 30% раствором перекиси водорода, с целью минерализации органического вещества.

Растения. Для изучения гербицидной активности и для проведения биоанализа остаточных количеств хлорсульфурона в почве использовали растения кукурузы сорта "Аджаметская".

Методы изучения подвижности и процессов деградации хлорсульфурона в почве Методика исследования сорбции хлорсульфурона почвами. Величину сорбции хлорсульфурона определяли после установления равновесия в системе почез:раствор, меченого 14С гербицида. Диапазон исходных концентраций хлорсульфурона - О.078 - 2.5 мкг/мл, соотношение почва:раствор - 1:5. Сорбированное количество гербицида определяли по разница между его исходной и равновесной концентрациями в надосадочном растворе. В отдельном эксперименте изучено влияние влажности почвы на величину сорбции хлорсульфурона. Почвы обрабатывали метанольным раствором хлорсульфурона в дозах 0.1i 0.2, 0.4, 0.8, 1.6, 3.2 мкг/г, перемешивали, помещали в по-' ливтиленовые пакеты и добавляли воду до влажности, соответствующей 60% ПВ (соотношение почва:раствор 1:0.32) и 100% ГО (соотношение почва:раствор 1:0.54). Через 5 суток, предполагая, что равновесие в распределении гербицида между жидкой и твердыми фазами почв установилось, отжимали из почв почвенный раствор. Для этого использовали центрифугирование влажных почв в пробирках с перфорированным дном (условия центрифугирования: 2000 об./мин., время 20 мин.). Хлорсульфурон в почвенных растворах анализировали методом ВЭЖХ. Данные анализа корректировали с учетом того,

что часть гербицида в. почвах разложилась, для чего определяли суммарное содержание гербицида в почве. При более широких соотношениях почва:раствор (от 1;2.5 до 1:10) постановка эксперимента аналогична описанной выше.

Методика изучения мигрзшм хлорсульфурона в почвенных колонках. Миграцию хлорсульфурона в почвах изучали, используя з качестве физической, модели почвенные колонки диаметром 26 мм. В колонку помещали 20 г воздуино-сухой почвы, просеянной через сито 1 мм, уплотняли встряхиванием и насыщали снизу водой до состояния капиллярной, влагоедассти. На поверхность колошей наносили 2.5 мкг 14С-хлорсульфурона, растворенного в 0.5 мл вода. Уровень вода над колонкой пошамали до 8 мм и вымывали гербицид из колонки с постоянным гидравлическим напором. Отбирали фракции элю-ята объемом 2 мл, из них 1 мл переносили в сцинтилляционные кювета и измеряли их активность.

Исследование процессов деградации хлорсульфурона в почвах. Для изучения деградации хлорсульфурона 50 г воздушно-сухой почвы, просеянной через сито 1 мм, обрабатывали 1 мл раствора хлорсульфурона в метаноле из расчета 100 мкг гербицида на 1 кг почвы. Давали метанолу испариться и после тщательного перемешивания почву переносили в полиэтиленовые пакеты, увлажняли до соответствующего уровня влажности (от 20 до 100% ПВ), после чего пакеты запаивали и помещали в термостат с определенной температурой (от 5 до 35°С). Через определенные интервалы времени почва из пакетов анализировалась на содержание хлорсульфурона методом ВЭЖХ.

Вегетационные методы исследования. Опыты по изучению горби-цидной активности хлорсульфурона проводили в камерах искусственного климата. Почвы, просеяшше через сито 5 мм, были обработаны водным раствором гербицида в дозах, обеспечивавших снижешга массы надземных органов тест-растекий в продолах 20 - 80%. В камо-

pax искусственного климата поддерживали постоянство параметров вегетационного опыта: температура 25°С, влажность воздуха 70%, освещенность 15 тыс. лк. При изучении влияния температуры и освещенности на гербицидную активность устанавливали и другие значения названных факторов: 35°С и 25 тыс. лк, соответственно. Длина светового периода - 16 часов. Влажность почв в зависимости от варианта опыта поддерживалась на уровне 40, 60 и 80% ПВ. 00 активности гербицида судили по снижению массы надземных органов 30-суточных растений по сравнению с необработанным контролем.

Аналитические ме то ды. Определение процентного содержания углерода в почве проводили методом Тюрина в модификации Никитина (Орлов, Гришина, 1931), удельной поверхности - по Кутелику (Ва-дюнина, Корчагина, 1980), рН - потонциометрическим методом на иономере И-135 (Зырин, Орлов, .1980). Определение хлорсульфурона в почве и почвенном растворе проводили с использованием метода радиоактивного индикатора, высокоэффективной жидкостной хроматографии и биометода.

Математическую обработку полученных результатов осуществляли методами математической статистики (Доспехов,1985).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Гербицвдная активность хлорсульфурона при почвенном применении Влияние типа почвы. Гербицидавя активность хлорсульфурона в исследуемых почвах варьирует довольно широко (табл. 1). Наибольшее гербицидное действие хлорсульфурон оказал в дерново-подзолистой почве, а самое низков - в черноземе выщелоченном. Активность гербицида в остальных почвах, несмотря на юс резко отличный генезис, была примерно одинаковой.

Таблица 1

Активность хлорсульфурона в зависимости от типа и свойств почв

ПОЧВА Р^од. Сорг.' Кй,см3/г Доза гербицида, обеспечивающая 50%-шй уровень подавления роста кукурузы, г/га

Дерново-под- 5.0 1.6 0.81 6.5+0.8*

золистая

Серая лесная 6.2 2.0 0.55 8.3±1.1

Чернозем вы-

щелоченный 6.6 5.0 1.78 27.5±2.5

Чернозем ти-

пичный кар- 7.6 2.6 0.69 14.5±1.6

бонатный

Каштановая 6.8 1.9 0.39 12.3±1.1

* - довэрителыше интервалы прй р = 0.95 Прослеяашается общая тенденция - чем выше содержание органического вещества, тем ниже гврбицидная активность хлорсульфурона. Можно предположить, что органическое вещество почв, интенсивно сорбируя гербицид, уменьшает доступность хлорсульфурона для корневой системы растений и, следовательно, снижаот уровень ого гербицидной активности.

Реакция среды почвенного раствора также влияет на уровень гербицидного действия хлорсульфурона, однако это влияшю неоднозначно. Увеличение рН почвенного раствора приводит к повышению содержания хлорсульфурона в водной фазе почвы за счет сглещония сорбционно-досорбциогаюго равновесия в сторону процесса десорбции, с одной стороны, и уменьшению количества гербицида, поглощаемого корневой системой растений,- с другой. Результирующий эф-

- о -

фект этих двух противоположно направленных процессов может проявляться по разному, а именно: при повышении рН в несорбируюцей или слабосорбируюцей гербицид среде будет наблюдаться уменьшение гербицидной активности хлорсульфурона, в сильно сорбирующей среде фиксируемый гербицидный эффект препарата, наоборот, будет возрастать.

Влияние гидротермического режима. Поскольку на проявление гербицидной активности препаратов почеэшюго действия значительное влияние могут оказывать гидротермические условия, нами была предпринята попытка в лабораторных условиях изучить и оценить влияние влакности и температуры почвы на гербицидную активность хлорсульфурона.

Влияние влажности на гербицидную активность хлорсульфурона проявилось достаточно четко (табл. 2).

• , Таблица 2 Влияние гидротермического режима на гербицидную активность хлорсульфурона в дерново-подзолистой почве

Влажность ВД50 (г/га) для кукурузы при температуре

почвы,%ПВ 25°С 35°С

40 38.1 ±1.9 48.5±22.2

60 6.5*0.8 8.6±1.4

80 1....... З.Т±0.6 3.5±1.1

С увеличением влажности почвы гербицвдное действие хлорсульфурона возрастало. Полученный эффект можно объяснить тем, что при увеличении влажности почвы количество сорбированного гербицида уменьшается. А поскольку увеличивается количество гербицида, дос-

тупного для растений, то, соответственно, возрастает и гербицид-ный эффект препарата в более влажной почве.

В наших опытах температура почвы не оказывала существенного влияния на проявление гербицидного действия хлорсульфурона (табл. 2). Возможно это связано с тем, что изменение температуры не влияет на сорбцию гербицида дерново-подзолистой почвой, т.е. его количество в почвенном растворе остается приблизительно одинаковым.

СорбциоЕно-десорбцяонное взаимодействие хлорсульфурона с почвой

Количествеиные закономерности сорбции хлорсульфурона почвами. Исследование кинетики сорбции хлорсульфурона (Сисх =0.65 мкг/мл) почвами показало, что равновесное состояние в зависимости от типа почвы наступает через 3-9 часов. В связи с этим выбрано время взаимодействия раствора гербцида с почвой - 18 часов, которое было.заведомо достаточно для наступления равновесия з системе при соотношении почваграствор 1:5.

Для количественной оценки влияния концентрации гербицида в растворе на величину сорбции, изучена его сорбция различными почвами в широком диапазоне концентраций. Зависимость величины сорбции гербицида от его концентрации описывали уравнением Фрей-ндлиха:

где х/ш - количество сорбированного почвой гербицида, мкг/г;

Сравн ~ равновесная концентрация, мкг/мл; и 1/п - константы. Высокие коэффициенты корреляции (табл.3) мезщу ^ х/я п 1бСравп-(за исключением серозема) свидетельствуют об обоснованности выбора именно этого типа изотермы. Для сравнительной оценки величины сорбции хлорсульфурона разными почвами использовали коэффициент сорбции Фройндлиха либо равный ему коэффициент распределения при

Сравн.=1 тг/Ш (\=1>-

Связь между свойствами почвы и величиной сорбции хлорсуль-фурона. Максимальное количество хлорсульфурона сорбировали почвы с высоким содержанием органического вещества и низким значением рН (табл. 3). Множественный корреляционный анализ данных для девяти почв различных типов подтвердил наличие тесной связи между

К. , содержанием органического вещества и рЫ почвы (множествен ао=1

ный коэффициент корреляции К=0.Э5). Влияние этих двух характеристик на величину сорбции гербицида примерно одинаково (парше коэффициенты корреляции равны 0.68 и -0.61 соответственно и значимы первый при р=0.Э5, второй при р=0.90). Связь между коэффициентом сорбции, рК и содержанием оранического вещества почв различного генезиса отражает уравнение множественной регрессии: Кй = 2.29 - 0.33 рН + 0.34 Сорг (2)

С целью исключить воздействие других свойств почв на их сорбци-онную способность, ^ыла изучена сорбция хлорсульфурона почвами одного типа (дерново-подзолистой), однако отличающихся по значению рН, содержанию органического вещества (варианты ДПП-1 -ДПП-5). В целом для них отмечены те же закономерности, что и для ряда почв разного генезиса. О роли органического вещества гово-' рит тот факт, что при практически одинаковом значении рН дерново-подзолистая почва, обработанная перекисью водорода, сорбировала в 1.6 раза меньше хлорсульфурона, чем исходная почва.

Влияние рН на величину сорбции хлорсульфурона обусловлено тем, что гербицид является слабой кислотой (рКа=3.8). При сдвиге кислотно-основного равновесия в щелочную область усиливается степень ионизации хлорсульфурона, возрастает отрицательный заряд почвы и, как следствие, сорбция гербицида уменьшается.

Таким образом, основную роль в процессе сорбции хлорсульфу-

рона ггочвой играют содержание в ней органического вещества и ее рН.

Таблица 3

Параметры, характеризующие сорбцию хлорсульфурона почвами

ПОЧВА Р^од С орг., % 1/п К л — к. ло=1 1 г Сорбция, %

Дерново-подзолистая 5.0 1 .56 0.95 0.81 ; 1.00 17.1-33.3

ДГШ-1* 5.6 1.56 0.76 0.37 0.96 5.4-15.4

ДПП-2* 6.2 1 .56 0.21 0.13 0.90 1.1-19.4

ДПП-3* 6.0 1 .73 0.91 0.39 0.97 5.8-12.0

ДПП-4* 6.0 2.47 0.65 0.56 1.00 8.8-33.3

ДПП-5* 4.9 0.37 0.84 0.52 0.98 7.7-14.1

Серая пес-нал 6.2 1.95 0.95 0.55 0.94 6.4-17.9

Чернозем

выщелочен- 6.6 5.04 . 0.92 1.78 1.00 25.0-31.2

ный

Чернозем - •

типичный-карбонат- 7.6 2.64 0.77 0.69 1 .00 10.7-22.7

ный

Каштановая 6.8 1 .91 0.82 0.39 0.93 6.6-14.5

Краснозем 4.8 2.18 0.78 2.02 0.99 27.3-50.1

Серозем светлый . 8.2 0.67 0.94 0.04 0.68 0.0-5.1

Лугово-бу-рая 6.5 3.19 1.00 1.28 1.00 19.2-21.0

Лугово-гле-евая 6.0 2.06 1.06 1.02 1.00 12.8-16.9

* ДПЛ--1 - ДПП-5 - дерново-подзолистая почва, модифицированная по рН и содержанию орга!шческого вещества путем внесения извести и торфо-навозного компоста.

Влияние влажности почвы на распределение хлорсульфурона между ее жидкой и твердей фазами. В отдал!,ном зкелортаюнте нами

было изучэно влияние влажности почвы на величину сорбции хлорсульфурона, причем нижний диапазон влажности был близок к естественному содержанию влаги в нативных почвах.

Таблица 4

Влияние влажности дерново-подзолистой почвы на величину сорбции

хлорсульфурона

ДОЗА ГЕРБИЦИДА, мкг/г Доля гербицида, сорбированного твердыми фазами почвы (Р), при количестве воды, приходящемся на на единицу массы почвы (КО

0.32 0.54 2.5 5.0 10.0

1.6 3.2 0.712 0.743 0.506 0.500 0.464 0.400 0.176 0.187 0 0.03

На основании полученных экспериментальных данных (табл.4) и исходя из предположения, что в абсолютно сухой почве (10=0) доля сорбированного гербицида равна единице (Р=1), нами было выведено эмпирическое уравнегае зависимости величины сорбции хлорсульфурона от влажности почвы. Эта зависимость описывается уравнением вида:

1п Р = а + Ш, (3)

где а и Ь - коэффициенты, равные, соответственно, -0.141 и -0.384;

V/ - количество воды, приходящееся на единицу массы почвы;" Р - доля сорбированного гербицида. Коэффициент корреляции г=-0.98 значим при р=0.95.

В почвах при естественной влажности, в которых соотношение почва:раствор колеблется в пределах (2-8):1 следует ожидать, что доля сорбированного гербицида будет возрастать.

Подвижность хлорсульфурона в модельных почвенных колонках Используя колоночные эксперименты, мы в своей работе дали

сравнительную оценку миграционной способности хлорсульфурона в почвах различных типов. О степени мобильности гербицида в почвах судили по кривым вымывания хлорсульфурона из колонок и значениям коэффициентов задержки - (табл.5).

Таблица 5

Показатели подвижности хлорсульфурона в почвах

Почва РНвод Сорг., Содержание частиц (%) размером: К(Г «Г

% >0.01 мм <0.01 м.1 см3/г

Дарново-под-золистая 5.0 1.56 65.5 34.5 0.81 0.67

Серая лесная 6.2 1.95 63.4 36.6 0.55 0.59

Чернозем типичный карбонатный 7.6 2.64 59.3 41 .7 0.69 0.55

Каштановая 6.8 1 .91 46.2 53.8 0.39 0.81

Краснозем 4.8 2.18 36.2 63.8 2.02 0.29

Серозем 8.2 0.67 - - 0.04 1.00

По подвижности гербицида в колонках изучаемые почвы располагаются в ряд: серозем (Иг=1.0) > каштановая (0.81) > дерново-подзолистая (0.67) > серая лесная (0.59) > чернозем типичный карбонатный (0.55) > краснозем (0.29).

Значения положительно коррелируют с рН почв (г=0.68), отрицательно - с содержанием Сорг (г=-0.76), наиболее тесна связь с коэффициентом распределения сорбции хлорсульфурона почвами ,(г=-0.88). Другими словами, наибольшую подвижность хлорсульфурона следует ожидать в почвах с высоким значением рН и низким содержанием органического вещества, то есть в почвах с низкой па отношению к гербициду сорбционной способностью.

Показано, что хлорсульфурон не удается полностью десорбиро-

вать водой из большинства исследованных почв. Особенно в этом отношении выделяются чернозем и краснозем, необратимо сорбирую-щио около 30% внесенного гербицида. Это свидетельствует о наличии нескольких механизмов поглощения гербицида почвенными компонентами. Большая ого часть связывается почвой непрочно и вытесняется водой, меньшая, связанная, повидимому, с органическим веществом почв и оксидами (гидрокспдами) железа и алюминия, не де-сорбируется водой.

Характеристика процесса разлоаения хлорсульфурона в почвах

Количественное описание процесса разложения хлорсульфурона в почвах. Для математического описанил процосса разложешш хлорсульфурона при контролируемых условиях использовали уравнение кинетики 1-го порядка:

С = С0е-1^ (4)

где 0о- исходная доза гербицида, мкг/кг;

С - остаточное количество гербицида в почве (мкг/кг) в

момент времени г; к - константа скорости процесса разложения (сутГ1). Полученные экспериментальные результаты хорошо соответствуют данному уравнению. Кроме того, его можно использовать в широком диапазоне концентраций (константа скорости процесса, описываемого кинетическим уравнением 1-го порядка, не зависит от концентрации, что также подтверждено результатами экспериментов).

Константы скоростей разложения хлорсульфурона в почвах различных типов и некоторые другие показатели, характеризующие этот процесс, приведены в табл. 6.

Таблица 6

Показатели, характеризующие процесс разложения хлорсульфурона в почвах в лабораторных условиях ( г = 25°С, № = 60% ПВ )

к ± Х1/2 ±1; "3. **

ПОЧВА РНвод. сут. суа г

Дерново-подзо- 4.6 0.068±0.005 10 + 1 - 1 .00

листая

Дерново-подзо- 5.0 0.039+0.007 16 6 - 0.99

листая

Краснозем 4.8 0.045±0.015 14 + 8 - 0.96

Серая лесная 6.2 0.017+0.002 28 ± 4 - 0.99

Лугово-бурая 6.5 0.018±0.005 26 ± 10 - 0.95

Чернозем выще- 6.6 0.025+0.005 20 ± 8 - 0.97

лоченный

Каштановая 6.8 0.024±0.010 16 11 - 0.89

Чернозем ти- 7.6 0.013+0.004 38 ± 13 - 0.94

пичный'

Серозем свет- 8.2 0.010+0.002 62 ± 8 - 0.98

лый

* I - критерий Стьюдента при р = 0.95, з - стандартное отклонение константы к;

* *

г - коэффициент корреляции между значениями 1; (время) и 1п С.(натуральный логарифм концентрации).

Как видно из этой таблицы, уравнение кинетики 1-го порядка хорошо описывает процесс разложения хлорсульфурона в кислых почвах, о чем свидетельствуют высокие значения коэффициентов корреляции. Меньшая адекватность описания отмечена для нейтральных почв с рНзед.6.5 - 7.6. Это связано с быстрым разложением горбицида в первую неделю инкубации. Поэтому для почв с нейтральной реакцией .среды (лугово-бурая, черноземы,каштановая) но наблюдается пропорциональности между значениями констант скорости и периодами

полуразложения. Тем не менее уравнение (4) в целом можно считать приемлемым для всего ряда исследованных почв.

Влияние типа почвы на скорость разложения хлорсульфурона связано с различием их рН. Ниже приведено уравнение линейной регрессии (исходные данные взяты из табл. 6), описывающее связь между рН^ почв и константой скорости разложения гербицида.

к = - 0.013рН,пп + 0.111 (5)

хЗОД.

коэффициент корреляции - г = - 0.88 Таким образом, можно отметить, что основную роль в процессе разложения хлорсульфурона в почвах играет кислотный гидролиз.

Влиягою извзстковашя на персистентность хлорсульфурона. В лабораторных контролируемых условиях на предварительно произвесткованных образцах дерново-подзолистой почвы изучена динамика разложения хлорсульфурона. Отмечена тесная обратная корреляция (г= - 0.93) между значениями рНвод известкованных почв и константой скорости разложения хлорсульфурона. В целом, можно отметить значительное увеличение персистентности хлорсульфурона при известковании - примерно в восемь раз при внесении обычных доз извести в неокультуренную дерново-подзолистую почву (известкование до рН « 6.5).

Зависимость скорости разложения гербицида от гидротермического режима почвы. В лабораторном эксперименте установлено, что режим влажности практически не влияет на скорость разжигания хлорсульфурона в почвах и этот фактор можно не учитывать при прогнозировании длительности сохранения гербицида. Температурное влияние проявилось четко и его основной количественный показатель для конкретной почвы - энергия активации, по-видимому, определяется сочетанием двух процессов - химического гидролиза и микробиологического разложения гербицида.

Прогнозирование длительности сохранения хлорсульфурона в почвах некоторых природных зон Европейской части СССР

Предлагаемая для прогнозирования детерминистская математическая модель структурно состоит из трех уравнений: 1) регрессионного уравнения, характеризующего влияние рН почвы на константу скорости разложения хлорсульфурона; 2) модифицированного уравнения Аррениуса, описывающего связь между константой скорости процесса деградации гербицида и температурой почвы; 3) уравнения кинетики 1-го порядка. lürate приведена система этих уравнений:

, (рН) ^293 = А'РН + В

(рН) Еа(Т-298)

k(T) = кроо • ехр --(6)

¿ya R'T'298

C(t) = С0- е"к(т)п , (рН)

где kggg - константа скорости разложения хлорсульфурона для почвы с фиксированным значением рН при температуре 293°К; А и В - коэффициенты регрессионного уравнения; к(Т) - константа скорости разложения, скорректированная с учетом температуры поч-почвы Т; Еа - энергия активации процесса разложения хлорсульфурона; R - универсальная газовая постоянная; C(t) - содержание хлорсульфурона в почве в момент времени t; С — исходная доза гербицида.

В диссертационной работе в качестве конкретной реализации предложенной модели приведены рассчитанные по ней данные динамики содержания хлорсульфурона в почвах различного генезиса трех климатических зон в теченио 6 месяцев. Для удобства и быстроты счета систему уравнений (6) решали с помощью ЭВМ. Среднемного-летняя температура (усредненная за временной шаг 10 суток), взята из справочной литературы. Динамику содержания гербицида рас-

считывали с мая по октябрь. Исходную дозу хлорсульфурона прини-нимали равной 20 г/га, что соответствует рекомендациям фирмы-разработчика при довсходовом примопании гербицида.

Несмотря на некоторые допущешш и ограничения, предложенная математическая модель на основании только справочных данных о рН почв и температурном режиме вполне может служить для грубой оценки динамики содзржания хлорсульфурона в почвах любых природно-климатических зон.

ВЫВОДЫ

1. Апробированы и модифицированы методы определения хлорсульфурона в почвах: а) биометод, позволяющий определять гербицид в водных экстрактах из почв в широком диапазоне концентраций; б) метод высокоэффективной жидкостной хроматографии с пределом обнаружения 2-5 мкг/кг .

2. Хлорсульфурон - умеренно сорбирующийся почвами гербицид. Величина сорбции в равной степени зависит от рН^д и гумусиро-вашости почв. Она возрастает при уменьшении рН и увеличении содержания органического вещества почвы и, как следствие, по сорб-ционной способности исследованные почвы располагаются в ряд: краснозем > чернозем выщелоченный > лугово-бурая > лугово-глее-вая > чернозем типичный карбонатный > дерново-подзолистая > серая лосная > каштановая >> серозем светлый. Изменение температуры практически не влияет на сорбцию хлорсульфурона почвой, напротив - доля поглощенного почвой гербицида существенно возрастает при уменьшении влажности почвы.

3. Физическое моделирование миграции хлорсульфурона в почвенных колонках показало, что по миграционной способности почвы располагаются в ряд обратный сорбционному. Относительная мобильность хлорсульфурона, характеризуемая коэффициентом задержки П^, положительно коррелирует с рН почв и отрицательно - с содержанием

органического вещества. Предполагается наличие нескольких типов связи хлорсульфурона с почвенными компонентами, на что указывает частичная необратимость поглощения гербицида почвами.

4. Разложешю хлорсульфурона в почвах при контролируемых условиях удовлетворительно описывается уравнением кинетики 1-го порядка; скорость деградации гербицида не зависит от неходкой дозы. Влияние типа почвы на длительность сохранения хлорсульфурона обусловлено, главным образом, реакцией среды почки. Связь между константой скорости разложения и рНЕ0Д почв описывается уравнением:

к = - 0.01 ЗрЬ1 +0.111 (г= - 0.88).

130Д.

В связи с этим,установлено, что известкование кислых почв увеличивает персистентность хлорсульфурона.

5. Изучение влияния гидротермических условий на процесс разложения хлорсульфурона показало, что режим влажности практически не влияет на скорость деградации препарата. Температурное воздойствш проявляется четко и количественно описывается уравнением Аррениуса.

6. Установленные в лабораторных условиях количествешше закономерности разложения . хлорсульфурона в почвах позволили дать оценку длительности сохранения гербицида в пахотном слое почв трех почвенно-климатических зон, в которых перспективно применение препарата "Глин".

7. Наибольшее гербицидное действие хлорсульфурон сказал на дорново-подзолистой почве, а самое низкое - на черноземе выщелоченном. Активность гербицида в остальных почвах, несмотря на их резко отличный генезис, была примерно одинаковой. Вегетационные •опыты показали, что фитотоксичность хлорсульфурона при почвенном применении определяется, в основном, рН почвы и содержанием в ней органического вещества. Установлено, что с уволичотюм влаж-

ности почвы гербицидное действие хлорсульфурона возрастало, а температура не оказывала существенного влияния.

Материалы диссертации опубликованы в работах:

1. Спиридонов Ю.Я., Шестаков В.Г., Горбатов B.C., Спиридонова Г.С., Котоврасов П.И. Гербицидная активность хлорсульфурона, ое связь со свойствами и режимами почв // Агрохимия. - 1983.

- № 12. - С. 101-103.

2.Иванов В.Б., Горбатов B.C., Константинов П.Ф., Пухидский В.Е., Котоврасов П.И. Биологические методы определения хлорсульфурона в почве // Химизация сельского хозяйства. - <939. - Л 4.

- С. 60-62.

3.Котоврасов П.И. Действие природных факторов на дотоксика-цию хлорсульфурона в почве // Тез. докл. научно-практич. конф. "Молодые ученые сельскому хозяйству Нечерноземной зоны". - М., 1990. - С. 84-85.

4. Горбатов B.C., Котоврасов П.И. Влияние свойств почв к гидротермических условий на скорость разложения хлорсульфурона // Тез. докл. VIII Всос. съезда почвоведов, Новосибирск, 14-18 авг. 1989. - Кн.З. - Комис.4. - Новосибирск, 1989. - Cf. 293.

5. Горбатов B.C., Котоврасов П.И., Спиридонов Ю.Я., Шестаков В.Г. Количественные закономерности сорбции хлорсульфурона почвами // Почвоведоние. - 1990. - № 6. - С. 117-121.

6. Горбатов B.C., Котоврасов П.И., Спиридонов Ю.Я., Шестаков В.Г., Дыкова Л.М. Метод определения хлорсульфурона в почве с помощью высокоэффективной ямдкостной хроматографии // Агрохимия.

- 1990 - JÍ 8. - С. 127-130.

7. Горбатов B.C., Котоврасов П.И., Колупаева В.Н. Экспериментальное изучение разложения хлорсульфурона в почвах и прогноз динамики его содержания в дерново-подзолистой почве в условиях полевого огшта // Мат. симпозиума "Деградация пестицидов при

комплексной защите сельскохозяйственных культур от вредных организмов". - Л. - 19S0. - С. 97.

8. Горбатов B.C., Котоврасов П.И., Спиридонов Ю.Я., Шаста-ков В.Г. Миграция хлорсульфурона в почвенных колонках // Агрохимия. - 1991. - * 8. - С. 114-117.