Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ПОВЕДЕНИЕ ГЕКСАХЛОРАНА И СИМАЗИНА В ЧЕРНОЗЕМНЫХ, КАШТАНОВЫХ И СЕРОЗЕМНЫХ ПОЧВАХ И ИХ ПОСТУПЛЕНИЕ В РАСТЕНИЯ

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "ПОВЕДЕНИЕ ГЕКСАХЛОРАНА И СИМАЗИНА В ЧЕРНОЗЕМНЫХ, КАШТАНОВЫХ И СЕРОЗЕМНЫХ ПОЧВАХ И ИХ ПОСТУПЛЕНИЕ В РАСТЕНИЯ"

государственный агропромышленный комитет ссср

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

На правах рукописи ЦУКЕРМАН Валерий Гедальевич

УДК 631.4 +632.954.28+633/635

ПОВЕДЕНИЕ ГЕКСАХЛОРАНА И СИМАЗИНА В ЧЕРНОЗЕМНЫХ, КАШТАНОВЫХ

И СЕРОЗЕМНЫХ ПОЧВАХ И ИХ ПОСТУПЛЕНИЕ В РАСТЕНИЯ

Специальности 06.01.03. — почвоведение, 06.01.11 — защита растений от вредителей и болезней

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА — 1986

/ исС/,

Диссертационная работа выполнена в Алма-Атинском филиале Центрального института агрохимического обслуживания сельского хозяйства (ЦИНАО).

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор В. Ф. Ладонин.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор А. Д. Фокин, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник К. И. Мочалкина.

Ведущее предприятие: Сибирский научно-исследовательский институт химизации и земледелия СО ВАСХНИЛ.

Защита диссертации состоится « . 1986 го-

да в «' » час. на заседании Специализированного совета К-120.35.01 в Московской сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева.

Адрес: 127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, 47, Ученый совет ТСХА.

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА.

Автореферат разослан « ¿'/(/¿¿ЛЛ^ ¡935 ГОда.

Ученый секретарь Специализированного совета — кандидат сельскохозяйственных

наук I ^ Н. А. Гончарова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Коммунистическая партия и Советское правительство уделяют, большое. внимание повышению эффективности использования химических средств защиты растений в сельском хозяйстве и предотвращению накопления их остаточных количеств в объектах окружающей среды. Наибольшую опасность в плане загрязнения биосферы представляют стойкие пестициды гексахлоран (гексахлорцикло-гексан, ГХЦГ) и симазин, широко применяющиеся в Казахстане и показывающие достаточно высокую техническую эффективность, в борьбе с вредителями и сорняками в посевах сельскохозяйственных культур.. Эти. пестициды способны мигрировать по трофическим цепям и накапливатся в отдельных их. звеньях, причем источником загрязнения, как правило, является, почва. Поведение ГХЦГ и симазина в почвах в большой.мере зависит от условий.среды, поэтому актуальным является изучение этого вопроса в различных природно-климатических зонах и, в том числе, в условиях Казахской ССР, где подобные исследования ранее не проводились.

Цель и задачи исследований. Цель работы состояла в изучении поведения изомеров гексахлорциклогексана и симазина в черноземах, каштановых почвах и сероземах и их миграции в системе почва-растение.

Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Определить влияние гидротермических условий, солнечной: радиации, типа почвы, микроорганизмов и дозы внесения на скорость детоксикации гексахлорана и симазина в почвах и установить вклад различных процессов в их общие потери.

2. Изучить динамику содержания и миграцию изомеров ГХЦГ и симазина в черноземных, каштановых и сероземных почвах и разработать методы прогноза их разложения и накопления в почве.

3.. Установить характер распределения гексахлорана и

симазина в систем ССР.

г- упнл ч_рялТРНрА п уторичт Казахской

Центральная —~

НАУЧНАЯ Ь.^ЛИОТЕКА мое*, сельскохоч. акаДвмии

«*. К.. А^ Тимирязева

Научная новизна и практическая ценность результатой исследований. Впервые в Казахстане изучено поведение изомеров гексахлорциклогексана и симазина в основных типах почв, транслокация их из почвы в сельскохозяйственные культуры, а также влияние природных, факторов на скорость де-токсикации пестицидов в почвах. Впервые в нашей стране проведено изучение судьбы бета-изомера ГХЦГ в почвах и растениях. Предложены методы, прогноза длительности сохранения пестицидов в почвах. Разработан высокопроизводительный газохроматографический метод определения изомеров гексахлорциклогексана и симазина в почвах при их совместном.присутствии. •

В результате исследований подготовлены и изданы рекомендации «Предупреждение-загрязнения почв- и растений остаточными количествами гексахлорана и симазина в условиях Казахстана».

Апробация работы. Основные положения диссертации сообщались на: Всесоюзном семинаре-совещании «Контроль за содержанием остатков пестицидов и радионуклидов в почвах и продукции растениеводства в системе Государственной агрохимической службы» (Тбилиси, 1978); Всесоюзном координационном совещании «Обмен опытом по изучению загрязненности почв пестицидами, методам анализа и контроля» (Москва, 1980); IV Всесоюзном совещании «Миграция загрязняющих веществ в почвах и сопредельных средах» (Обнинск, 1983)¡.Республиканской конференции «Состояние мониторинга загрязнения окружающей среды в Казахстане» (Алма-Ата, 1983).

Публикация работы. Материалы диссертации опубликованы. встатьях, тезисах докладов, методических указаниях и рекомендациях.

Структура и;объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части (4 главы), заключения, общих выводов, рекомендаций производству и библиографии. Работа изложена на 147 страницах машинописного текста, содержит 40 таблиц, 8 рисунков и 74 страницы приложения. Список использованной литературы включает 328 наименований, в том числе 124 зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Обзор литературы

Рассмотрено влияние гидротермических условий, солнечной радиации, типа почвы и микроорганизмов на скорость детоксикации ГХЦГ-и симазина в почве. Приведены результаты исследований поведения гексахлорана и симазина в поч-2

вах: различных природно-климатических, зон и обсуждены современные способы количественного описания процесса их исчезновения в. почвах. Проанализированы; данные изучения поступления указанных, токсикантов из почв в растения.

Глава 2. Объекты и методы исследований

Поведение гексахлорана и симазина в почвах и, растениях изучалось, на контрольных: участках, в полевых- и микропо-, левых опытах, "а также в лабораторных экспериментах. По-.-левые опыты и контрольные участки закладывались в семи областях Казахстана на черноземных, каштановых почвах (темно-каштановых и светло-каштановых) и сероземах. Гексахлоран. (12%-ный дуст) применялся в дозах 1.2...48 кг/га д. в. по сумме изомеров, а нормы расхода симазина колебались в пределах 2,0...8,0 кг/га д. в. Обработка гексахлораном проводилась путем опыливания, симазин (80%-ный с. п.) вносился в почву в виде водной суспензии, а смесь ГХЦГ и симазина — в ацетоно-водном растворе. Площадь делянок полевых опытов составляла 40...140 м2, а контрольные участки занимали площадь от 100 м2 до 3 га. Смешанные образцы почв из пахотного горизонта составлялись из 20 индивидуальных, отобранных по осевой линии участка 3...7 раз в течение вегетационного, периода через равные промежутки времени. Послойный отбор проб из подпахотного горизонта проводился по методу, «конверта» весной ив период уборки урожая. Образцы растений отбирались 4...5 раз за вегетацию по методике, принятой в Госагрохимслужбе СССР (Соколова, 1975). Микрополевые опыты ставились в Лктюбинской, Ллма-Атин-ской, Карагандинской, Северо-Казахстанской, Семипалатинской, Талды-Курганской^ и Чимкентской областях по методике ИПФ АН СССР (Чекарева и др., 1981). Повторность по-левых-и микрополевых опытов четырехкратная.

Влияние гидротермических факторов, микроорганизмов, исходной концентрации и типа почвы на скорость разложения изомеров 1 ГХЦГ и симазина изучалось в лабораторных условиях в течение года. В экспериментах использовались образцы основных почв Казахстана (чернозем обыкновенный, темно-каштановая почва, серозем обыкновенный орошаемый), отобранные из пахотного горизонта. Пробы почвы (250 г)^ содержащие токсиканты в определенных концентрациях (0,10; 0,25; 1,00; 2,50 и 5,00-млн-1), помещались в колбы с притертыми пробками, увлажнялись требуемым количеством воды и экспонировались при постоянных значениях температуры (5, 15, 25, 35 и 45°С) и влажности (0, 20, 40, 75 и 100% от ППВ) в течение всего эксперимента. Определение остаточных количеств пестицидов проводилось в день их внесения,

а также через 30, 60, 90, 120, 180 и 360 суток. При установлении влияния солнечной радиации на исчезновение изомеров ГХЦГ "и симазина с инертной поверхности и почвы за основу'была взята методика Грызловои (1979). Сорбция ксенобиотиков почвами изучалась по методике ИПФ АН СССР (Кныр, 1979).

Газохроматографическое определение пестицидов в почве проводилось по разработанному нами методу (Цукерман, 1980), анализ растительного материала на содержание изомеров ГХЦГ— методом Гиренко и Клисенко (1977), а определение симазина в растениях выполнялось по методике Ле-щинской и др. (1977).

Экспериментальные данные обрабатывались методами дисперсионного и регрессионного анализов (Доспехов, 1973). Полупериоды исчезновения (Тад) изомеров ГХЦГ и симазина рассчитывались по методике ВНИИГИНТОКС (Спыну и др., 1980) и методом наименьших квадратов (Смирнов, Ду-нин-Барковский, 1969).

- Глава 3. Факторы, определяющие детоксикацию ГХЦГ и симазина в почве

Длительность сохранения пестицидов в почве зависит от гидротермических условий среды, солнечной радиации, типа почвы, деятельности микроорганизмов и дозы препарата.

Гидротермические факторы. Исследованиями установлено, что температура (Т) и влажность (У) оказывали определяющее-влияние на скорость детоксикации пестицидов в почве. Так, разложение ГХЦГ и симазина в воздушно-сухой почве при температуре 5°С проходило в 85...330 раз медленнее, чем в почве, увлажненной до 100% от ППВ при температуре 45°С. При температуре ниже 5°С ксенобиотики практически не разрушались. В интервале температур 15...35°С и диапазоне влажности 20...75% от ППВ процесс снижения содержания изомеров гексахлорциклогексана и симазина описывался экспоненциальной функцией. Зависимость константы скорости исчезновения их в почвах от температуры и влажности хорошо аппроксимировалась множественными линейными уравнениями регрессии вида: К=а—BiT—ВгУ (а, В! и в2—коэффициенты регрессии). Отмечена сильная частная корреляция между скоростью их разложения и температурой (г = 0,75... 0,92) и средняя коррелятивная зависимость между интенсивностью процесса и влажностью почвы (г = 0,30...0,64). Наибольшей стойкостью обладал бета-изомер, а другие ксенобиотики по персистентности в почве чаще всего располагались в такой убывающей последовательности: гамма-ГХЦГ, симазин, альфа-ГХЦГ.

Солнечная радиация. Под действием солнечной радиации потери изомеров ГХЦГ и инертной поверхности были обусловлены их испарением, а снижение содержания симазина происходило вследствие фогоразложения. Скорость исчезновения изомеров гексахлорциклогексана находилась в прямой зависимости от упругости их паров: альфа>гамма>бета. Улетучивание ГХЦГ и фотолиз симазина в почвах проходили гораздо медленнее, а активность этих процессов возрастала с увеличением температуры и влажности. Интенсивность испарения изомеров гексахлорциклогексана находилась в обратной зависимости от содержания органического вещества в почвах. Продувка воздуха над поверхностью почвы ускоряла улетучивание изомеров ГХЦГ в 1,5...5,0 раз. Расчеты показывают, что при благоприятных условиях за счет теплового эффекта солнечной радиации с поверхностного слоя почв может испариться 30...40% альфа-ГХЦГ; 1,5...2,5% бета-изомера и 20...25% гамма-ГХЦГ от исходного количества.

Тип почвы. В лабораторных экспериментах установлено, что длительность сохранения изомеров ГХЦГ, и симазина в почвах находилась в прямой зависимости от их способности поглощать эти соединения. Коэффициенты распределения рассматриваемых ксенобиотиков, как правило, возрастали по мере увеличения содержания гумуса в почве (от серозема к чернозему). Эти данные дают основание утверждать, что сорбированные пестициды разлагаются очень медленно, а их детоксикация проходит, в основном, в почвенном растворе. Анализ полученных результатов показал, что поглощение симазина происходило за счет физического взаимодействия, а изомеры гексахлорциклогексана связывались как физическим, так и химическим путем. Бета-изомер сорбировался почвами в 2,0...2,5 раза сильнее, чем альфа- и гамма-изомеры ГХЦГ, и в 4,0...4,5 раза активнее, нежели симазин.

Скорость детокснкации ксенобиотиков в черноземе, темно-каштановой почве и сероземе при температурах 15...25°С и влажности 0...40% от ППВ практически не зависела от сорбционнои способности почв. При повышении гидротермических характеристик среды (Т=35...45°С, У=75.".. 100% от ППВ) отмечалась тенденция к снижению темпов исчезновения изомеров ГХЦГ и симазина в почвах по мере увеличения содержания органического вещества. Химическое разложение гексахлорана в черноземах, каштановых и бурых почвах ускорялось вследствие наличия в них щелочных солей и солон-цеватости.

Почвенные микроорганизмы. Нами установлено, что разложение изомеров ГХЦГ и симазина микрофлорой проходило во всех рассматриваемых почвах, его интенсивность была максимальной при температурах 25...30°С и влажности 75...

100% от ППВ, а вклад микробиологического фактора в общие потери пестицидов находился в обратной зависимости от содержания гумуса в почве. Микроорганизмы взаимодействовали с токсикантами в почвенном растворе, причем активнее подвергались разрушению гамма-изомер гексахлорциклогек-сана и симазин. В темно-каштановой почве и черноземе при температурах ниже 15°С микрофлора разлагала ксенобиотики очень слабо или вообще не принимала участия в этом процессе.

Доза пестицидов. Исходная концентрация (С0) изомеров ГХЦГ оказывала влияние на относительную скорость их разрушения в почвах. При температуре 25°С и влажности 75% " от ППВ полупериоды исчезновения токсикантов увеличивались с ростом Со, а при максимальных значениях гидротермн-ческих характеристик (Т—45°С, У—75% от ППВ) наблюдалась обратная зависимость. Скорость детоксикации симазина в почвах практически не зависела от исходной концентрации.

При низком содержании изучаемых веществ в почвах (менее 0,05 млн"1) отмечалось резкое снижение скорости их разложения. Механизм этого явления,.названного нами «эффектом замедления», заключается, вероятно,том,, что по мере детоксиканин в почве возрастает доля пестицида, прочно связанного минеральными коллоидами. Ксенобиотик проникает в межпакетные пространства вторичных минералов и очень прочно там сорбируется, поэтому его десорбция в почвенный раствор проходит с большим трудом даже при самых благоприятных условиях. Указанный эффект в гораздо меньшей степени проявлялся у симазина, поскольку этот гербицид поглощался, в основном, гумусовыми веществами почвы.

Примерный вклад различных процессов в общие потери пестицидов-из почв. Проведенные на основании имеющихся у нас данных расчеты показывают, что наибольший вклад в уменьшение содержания изомеров гексахлорциклогексана и симазина в почвах вносит химическое разложение, причем величина его находится в прямой зависимости от содержания гумуса (табл. 1). При оптимальных гндротермических условиях под действием микроорганизмов в сероземе может разложиться более 60% гамма-ГХЦГ и симазина.от общего количества. Вклад фотолиза в общий баланс потерь симазина не превышает 5%.

Глава 4. Поведение гексахлорана и симазина в различных типах почв Казахской ССР

Динамику содержания ГХЦГ и симазина в черноземных, каштановых и сероземных почвах и их вертикальную мигра-

Примерный вклад различных процессов в общие потери ГХЦГ и симазина ■ из сероземных, каштановых и черноземных почв, /общие потери токсикантов прлияти за ЮО%/

Токсикант Температура, С° Влажность, ,% от ППВ Испарение • Химическое разложение Микробиологическая детоксикация Фотолиз

серозем темно-каштановая ! чернозем серозем темяо-каштановая 2 * О Я р. ф р* серозем | темно-кашта-■ новая | чернозем! серозем темно-кашта-новзя а (О О Ж о. о* о-

15 10 7 4 70 93 96 20- 0 0 0 0 0 .

Альфа-ГХЦГ 25 75 25 20- 15 50 72 85 25 8 0 0 0 0

33 40 . 35 25 50 58 10 7 10 а 0 0

' 15 0 0 0 97 100 100 3 0 0 0 0 0

Беїа-ГХЦГ 25 75 0 0 0 85 95 100 15 б 0 0 0 0

35 3 2 1 68 91 1 99 29 7 0 0 0 0

15 3 2 1 СО 98 , 99 31 0 0 0 0 0

Гамма-ГХЦГ 25 75 7 5 3 31 78 97 02 17 0 0 0 0

35 20 15 12 26 02 70 54 23 18 0 0 0

15 0 0 0 73 97 100 27 3 0 0 0 0

Симазил 25 75 0 0 0 35 71 98 63 27 0 2 2 2

35 0 0 0 71 65 06 24 31 30 5 4 4

цию изучали в течение 3...5 лет в тех регионах республики, где эти пестициды применяются в наибольших количествах.

Детоксикация- изомеров; гексахлорциклогексана и симази-на в почвах различных зон Казахстана.-В полевых и микрополевых опытах установлено, что процесс исчезновения гексахлорана и симазина в почвах хорошо аппроксимировался двумя экспоненциальными уравнениями: первое—для весенне-летнего, а второе — для осенне-зимне-весеннего периодов. Скорость детоксикации изомеров ГХЦГ и симазина в почвах возрастала по мере продвижения с севера на юг от черноземов к орошаемым сероземам. По персистентности в различных типах почв республики изучаемые ксенобиотики располагались в такой убывающей последовательности: бета-ГХЦГ, симазии, гамма-изомер, альфа-ГХЦГ. Основными факторами, определяющими длительность сохранения токсикантов в почвах в полевых условиях, являются водный и температурный режимы почвы, ее тип и продолжительность периода с температурой почвы выше 10"С.

Многолетняя динамика содержания изомеров ГХЦГ в почвах. Детоксикация изомеров гексахлорциклогексана в черноземах, каштановых и сероземных почвах наиболее активно проходила в течение первого вегетационного периода, а в дальнейшем скорость этого процесса падала (табл. 2). Во время осенне-зимне-весеннего периода содержание ксенобиотиков в почве снижалось значительно медленнее, чем в период вегетации. Несмотря на довольно существенные различия в характере поведения изомеров ГХЦГ, в почвах различных зон республики к концу третьего после обработки вегетационного периода их концентрации выравнивались и составляли примерно 0,025...0,040 млн-1 по сумме изомеров, причем доза не оказывала заметного влияния на длительность сохранения гексахлорана в почвах. ;

Многолетняя динамика содержания симазина в основных типах почв Казахстана. В полевых опытах установлено, что разложение симазина до концентраций порядка 0,020...0,040 млн-1 при его однократном внесейии в дозах 2...6 кг/га проходило в сероземе обыкновенном орошаемом за 1,5...2,0 года, в темно-каштановой почве — за 3,5...4,0 года, а в обыкновенном черноземе — только за 4,5...5,0 лет (табл. 3). Норма расхода существенно не влияла на относительную скорость разрушения гербицида во всех рассматриваемых типах почв.

Прогноз разложения и накопления пестицидов в почве. Анализ данных полевых и микрополевых опытов, проведенных в различных зонах Казахстана, показал, что многолетняя динамика содержания пестицидов в почве хорошо описывается с помощью формул, в основе которых лежит экспоненциальное уравнение, а в качестве критериев оценки использу-8

Полупериоды исчезновения (Т5о, сут) изомеров ГХЦГ в сероземах, *

каштановых' почвах и черноземах в год применения И в последующие годы

Период наблюдений Доза пестицида, кг/га Серозем обыкновенный (Чимкентская область), 19 78... 1980 гг. Темно-каштановая почва (Алма-Атинская ■область), 1978... 1980 гг. Чернозем обыкновенный (Восточно-Казахстанская область), 1982...1983 гг.

альфа-ГХЦГ « 3 Ь ¡3 <а>ч гамма-ГХЦГ альфа-ГХЦГ бета-ГХЦГ гамма-ГХЦГ альфа-ГХЦГ бета-ГХЦГ гамма-ГХЦГ 1

Год обработки 2,4 22 37 22 24 101 55 42 136 80

май...сен1ябрь 4,8 19 39 22 25 148 53 57 133 106

сентябрь...май 2,4 С67 579 648 452 . 75« 519 408 538 446

4,8 460 479 ■ 537 543 313 636 438 470 515

2-й год после обработки, 2,4 103 87 184 214 207 175 79 153 120

май...сентябрь 4,8 85 85 117 126 172 106 59 133 99

сентябрь...май 2,4 835 • 608 835 838 593 534 — — —

4,8 500 603 585 593 642 583 — — —

3-й год после обработки, 2,4 331 101 198 343 322 211 _ _, _

май...сентябрь 4,8 225 117 317 211 177 241 — — — -

I (сходное содержание, млн -1 2,4 0,528 0,545 0,282 Ц590 0.148 0,122 0,733 0,113 0,129

4,8 1,295 0,667 0,540 1,552 0,233 0,226 1,575 0,206 0,268 .

Концентрация в конце 2,4 0,007 0,010 0,000 0,007 0,013 0,006 0,025 0,024 0,017

исследований, млн-1 4,8 0,007 0,014 0,007 0,017 0.010 0,007 0,044 0,035 0,030

■ Полупериоды-разложения симазина в черноземах, каштановых почвах и сероземах в год применения и последующие годы

Период наблюдении (месяцы, годы) Доза, кг/га Чернозем обыкновенный (Кокчетавская область) Темно-каштановая почва (Целиноградская область) Серозем обыкновенный (Талды-Курганская область)

Со, млн-1 Т50, сут- Со. млн-1 Т$о, еуг Со. млн-1 Т50. суп

5.„9 1978 3 0.833 ІМ 0,940 108 0,948 .52

6 1.587 120 1,838 ■137 2,015 5Э

9. 1978— 3 0.449 483 0.462 382 0,124 267

5. 1979 . 6 1,086 531 1,065 560 - 0,353 125

5.. 9 1979 3 0,295 74 0,285 80 0,066 58

6 0,752 73 0,726 74 0,091 76

9. 1979...' 3 0; 1 40 1540 0,127 315 0,011 _

5. 1980 6 0.312 649 0,303 205 0,022 —

5...Э 1980 3 0.123 194 0.0&4 103 0 _

• 6 0,249 150 0,111 114 0 —

9. 1980... 3 0,087 Ж <1.037 564 _ .

5. 1981 6 0.159 741 0,067 534 —■ —

5...Э 1981 3 0.С66 141 0.027 131 —.

6 0,123 197 0,048 146 — —

9. 1981.'..' 3 0.042 2096 0,016 320 — _

5. 1982 6 0.089 1842 0,031 493 — —

5...Э 1982 3 0,031 157 0,009 151 _.

6 0,063 151 0,022 139 — — •

9. 1982 3 0.020 ._ 0,006 _ _ _

6 ■ 0,040 — 0.014 — — —

ются показатели Т90 и Тээ, при этом отклонения ог фактических величин не превышают 15% (Тдо = —пШ™'^95==—и»Кс где Кс= ). С помощью указанных формул можно дать

Со

прогноз длительности сохранения пестицидов в почвах различных природно-климатических зон страны, причем для это-, го достаточно знать только величину С0 и концентрацию токсикантов через 12 месяцев (С12).

Нами установлено, что при ежегодном применении пестицидов в одинаковых дозах через определенный промежуток

времени (время «насыщения», Тн) происходит стабилизация их содержания в пахотном горизонте почвы на некотором уровне (концентрация «насыщения», Сн), величина которого зависит от нормы расхода н скорости детоксикации пестицидов в почвах. Расчет параметров накопления проводится с помощью уравнений, для решений которых достаточно

знать значения С0 и С12 Тн = -у~). Проверка

уравнений в натурных условиях показала их достаточно высокую адекватность.

Миграция изомеров ГХЦГ и симазина в различных типах почв. В полевых условиях установлено, что глубина перемещения ксенобиотиков находилась в прямой зависимости от ее обеспеченности влагой и возрастала по мере снижения содержания гумуса в почве. Миграция токсикантов в почве имела сходство с движением вещества в хроматографической колонке, что согласуется с литературными данными (О^егЬу, 1972). Изомеры гекеа-хлорциклогексана и симазин обладали примерно одинаковой миграционной способностью и передвигались по профилю почвы за год на глубину 40...80 см, причем в условиях орошения этот процесс проходил более активно в течение вегетации, а в неполивных почвах ранней весной во время снеготаяния. В неорошаемых темно-каштановых почвах и обыкновенных черноземах гексахлоран и симазин проникали в почву за 2...5 лет глубже 40 см, но серьезной опасности в экологическом плане не представляли, так как подвергались разложению и не достигали глубоко расположенных грунтовых вод. В условиях орошения, а также в обеспеченных влагой горных темно-каштановых почвах в течение 1,0... 1,5 лет пестициды мигрировали до глубины 100...120 см, причем не исключена возможность их попадания в подземные воды.

Глава 5. Поведение изомеров гексахлорциклогексана и симазина в системе почва-растение

Гексахлоран и симазин способны проникать из почвы в растения и накапливаться в вегетативной массе и корневой системе. На интенсивность поступления и характер их распределения в сельскохозяйственных культурах существенное влияние оказывают почвенно-климатические условия, видовые особенности растений и физико-химические свойства токсикантов.

Поступление гексахлорана из почвы в сельскохозяйственные культуры. Исследования показали, что ГХЦГ проникал из почвы в растения в течение всей вегетации, а наибольшая интенсивность данного процесса наблюдалась в начальна

ный период развития культур. Наиболее активно аккумулировали изомеры гексахлорциклогексана морковь, люцерна, вегетативная масса кукурузы и пшеничная солома, тогда как картофель, сахарная свекла, капуста - и томаты поглощали ксенобиотики почв гораздо слабее. В корневой системе растений концентрации токсикантов были выше, чем в вегетативной массе, причем наиболее выражены, эти различия у пшеницы и кукурузы. По способности" проникать в сельскохозяйственные культуры изомеры ГХЦГ, в большинстве- случаев, располагались в такой убывающей последовательности: альфа, гамма, бета. Величина коэффициентов транслокации для сельскохозяйственных культур была выше на орошаемых почвах и находилась в обратной зависимости от содержания гумуса и дозы препарата.

В период.уборки урожая в культурах пищевого назначения (морковь, картофель, капуста и томаты) остаточные количества ГХЦГ были в 1.3...20.0 раз ниже установленных гигиенических нормативов, в то время как в люцерне, кукурузе, соломе пшеницы и ботве сахарной свеклы его микроколичества в ряде случаев превышали максимально допустимые уровни в кормах для сельскохозяйственных животных. На основании имеющихся данных нами рассчитаны ориентиг ровочные допустимые концентрации гексахлорана и гамма-изомера ГХЦГ в почве по транслокационному показателю для некоторых культур кормового назначения (табл. 4),

Таблица 4

Ориентировочные допустимые концентрации (ОДК) гексахлорана и гамма-изомера ГХЦГ в черноземах и каштановых почвах для некоторых кормовых культур

(«а начало вегетации)

Сельскохозяйствен- Почва Особенности ОДК. млн -1

ная культура агротехники ГХЦГ Гамма-ПХПГ

Кукуруза (вегетативная масса) темно-каштановая темно-каштановая и чернозем! южный орошение без полива 0,45 1.00 0,45 1,00

Люцерна осеннего укоса темно-каштановая горная темно-каштановая орошение без полива 0.30 0,70 0,13 0,45

Люцерна весеннего укоса темно-каштановая горная темно-каштановая орошение орошение (\02 0,20 0,06 0,15

Пшеница (солома) чернозем южный чернозем обыкновенный без полива » 0,30 0,40 0,20 •0,25

Транслокация симазина из почв в растения. В опытах установлено, что содержание гербицида в растениях кукурузы практически не зависело от дозы внесения, почвенно-кли-матических условий, особенностей агротехники и колебалось в пределах 0,030...0,150 млн-1. Существовала тенденция к снижению его концентраций в растениях к концу вегетации. По-видимому, симазин поступал в растения кукурузы в течение всего вегетационного периода и поддерживался на безопасном для культуры уровне. В чувствительных к гербициду растениях также проходила его детоксикация, но значительно медленнее, чем в кукурузе, причем содержание в них симазина находилось в прямой зависимости от дозы внесения.

Распределение изомеров ГХЦГ в корне- и клубнеплодах. В кожуре корнеплодов моркови и клубней картофеля концентрировалось 50...80% гексахлорана от общего количества, что согласуется с литературными данными (Ковалева, 1973, Стефанский, 1973). В очищенных корне- и клубнеплодах концентрации изомеров ГХЦГ были в 1,5...6,0 раз ниже, чем в неочищенных. В поверхностном слое моркови лучше аккумулировался альфа-изомер, а в кожуре картофеля — бета-ГХЦГ, который, практически не проникал в мякоть клубня. Между содержанием ксенобиотиков в корне- и клубнеплодах и их массой существует обратная зависимость, описывающаяся степенной функцией.

Выводы

1. Основными факторами, определяющими скорость исчезновения изомеров ГХЦГ и симазина из почв, являются их температурный и водный режимы, которые обусловливают химическое и микробиологическое разложение, а также испарение пестицидов. При варьировании гидротермических условий почв от минимальных до максимальных значений интенсивность детоксикации ксенобиотиков изменяется в 85...330 раз, что свидетельствует об относительности понятия «стойкий пестицид».

2. Почвенные коллоиды лучше сорбируют изомеры гек-сахлорцнклогексана (особенно бета-изомер), чем симазин, а степень поглощения изучаемых пестицидов находится в прямой зависимости от содержания в почве гумуса. Химическая и микробиологическая деградация пестицидов проходит в почвенном растворе, а ее скорость находится в обратной зависимости от содержания органического вещества в почве. Микроорганизмы участвуют в разложении гексахлорана и симазина во всех основных типах почв Казахстана, причем наиболее активно подвергаются детоксикации гамма-изомер ГХЦГ и симазин. Преобладание в почвах республики щелоч-

1Э

ных солей, а также наличие в почвенном поглощающем комплексе черноземов, каштановых и бурых, почв поглощенного натрия способствует ускорению разложения изомеров ГХЦГ химическим путем..

3. Полевое и лабораторное изучение характера исчезновения гексахлорана и симазина свидетельствует о снижении скорости их разложения в почвах при.низких концентрациях (менее 0,05 млн-1). Механизм этого явления, названного нами «эффектом замедления», заключается, вероятно, в том, что по мере детоксикации в почве возрастает доля пестицида, прочно связанного почвенными коллоидами, главным образом их минеральной частью. Отмеченный эффект в большей степени проявляется для изомеров ГХЦГ,. которые проникают в межпакетные пространства вторичных минералов и очень прочно там сорбируются, тогда как симазин. поглощается, в основном, гумусовыми веществами.

4. Наибольшие потери гексахлорана и симазина в почвах происходят за счет химического разложения, причем величина их находится в прямой зависимости от содержания гумуса.. При оптимальных гидротермических условиях существенная роль принадлежит испарению (альфа- и гамма-изомеры), а в малогумусных сероземных почвах—микробиологическому разрушению (гамма-ГХЦГ и симазин).

5. Длительность сохранения пестицидов в пахотных горизонтах почв Казахстана снижается при продвижении с севера на юг (от черноземов к орошаемым сероземам), то есть уменьшается по мере улучшения гидротермического .режима почвы и увеличения продолжительности периода активных температур (более 10°С). Все рассматриваемые ксенобиотики являются стойкими соединениями и обнаруживаются в почве через 2...5 лет после однократного применения в рекомендованных дозах. Повышение нормы расхода пестицидов в допустимых пределах, а также введение орошения (для юго-востока республики) не влияют на длительность присутствия ГХЦГ и симазина в почвах. По персистентности в почвах Казахстана токсиканты располагаются в такой: убывающей последовательности: бета-ГХЦГ, симазин, гамма-ГХЦГ, альфа-ГХЦГ, причем бета-изомер по стойкости в почве можно поставить в один ряд с ДДТ.

6. Процесс детоксикации пестицидов в почвах имеет ярко выраженный сезонный характер и может бить описан двумя экспоненциальными уравнениями (первое — для весенне-летнего, а второе — для осенне-зимне-весеннего периодов). Для прогноза разложения и накопления ксенобиотиков в почве предложены уравнения, в основе которых лежат экспоненциальная и показательная функции.

7. Глубина перемещения гексахлорана и симазина по про- .

филю пахотной почвы находится п прямой зависимости от ее обеспеченности влагой и возрастает по мере снижения содержания органического вещества. Изомеры ГХЦГ и снмазин обладают примерно одинаковой миграционной способностью и проникают в неорошаемых почвах в среднем до глубины 40 см, а в условиях орошения — на глубину 100 см. На поливных участках пестициды активнее мигрируют в вертикальном направлении с фильтрующейся водой в течение вегетационного периода, а в неорошаемых почвах — ранней весной во время снеготаяния.

8. Поступление токсикантов из почвы в растения проходит в течение всей вегетации, а наибольшая интенсивность этого процесса наблюдается в период активного роста культур. В условиях Казахской ССР высокой способностью к поглощению гексахлорана из почв обладают морковь, люцерна и кукуруза, причем альфа-изомер ГХЦГ накапливается , в растениях в больших количествах, чем два других токсиканта. Интенсивность транслокации изомеров гексахлорциклогексана в растения находится в прямой зависимости от влажности почвы и в обратной — от ее емкости поглощения. Остаточные количества симазина в зеленой массе кукурузы не превышают 0,150 млн-1, а их величина практически не зависит от типа почвы и нормы расхода гербицида.

Рекомендации производству

1. Для предупреждения накопления изомеров ГХЦГ в почвах Казахстана необходимо применять 12%-ний дуст гексахлорана на одном и том же поле в условиях юга и юго-востока не более 5 лет подряд, а на остальной территории республики — 2...3 года с последующим одногодичным перерывом.

• 2. Во всех почвенно-климатических зонах Казахской ССР следует ограничить применение гексахлорана на кормовых культурах, возделываемых на силос и зеленый корм. В исключительных случаях вегетативную массу трав и кукурузы, ботву свеклы, солому зерновых культур после периода ожидания • можно использовать на корм откормочному скоту после заключения о содержании остаточных количеств пестицида в этих объектах. Заготовка кормов для молодняка всех пород животных и молочного скота должна проводиться из культур, не обработанных гексахлораном.

■ 3. В северных и центральных областях республики на неорошаемых черноземах и каштановых почвах снмазин необходимо вносить в почву при бессменном возделывании кукурузы в первый год в дозах 3,5...4,5 кг/га, а в последующие— 3,0 кг/га. Дли введения монокультурного участка в

севооборот его не следует обрабатывать симазином в течение 4,0...5,0 лет, а борьбу с сорняками осуществлять с помощью малостойких гербицидов.

4. При возделывании кукурузы в системе севооборота в условиях юга и юго-востока Казахстана использование си-мазина допускается лишь в том случае, если культура размещается на обрабатываемом поле 2 года подряд,, причем в первый год пестицид вносится в рекомендованных дозах (2,0...3,0 кг/га), а на следующий год применяются быстро разрушающиеся гербициды. Для усиления детоксикашш си-мазииа в почве обработанные им поля необходимо чаще и обильнее поливать, но не допускать попадания сточных вод на посевы чувствительных культур.

5. Производственным организациям, проводящим контроль за содержанием пестицидов в почвах и растениях, предлага-

ж ем использовать в своей работе ориентировочные допустимые концентрации гексахлорана и гамма-изомера ГХЦГ в почве по транслокационному показателю, с помощью которых можно правильно выбрать сельскохозяйственную культуру для посева на полях,.систематически обрабатываемых препаратами гексахлорана. Прогноз разложения и накопления стойких пестицидов в почве рекомендуем проводить по полученным нами формулам.

6. Определение остаточных количеств альфа-, бета-, гамма-изомеров ГХЦГ и симазина в почве при их совместном присутствии предлагаем выполнять с помощью разработанного нами высокопроизводительного газохроматографическо-го метода, утвержденного МЗ СССР.

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации

1. Цуксрман В. Г. Определение изомеров гексахлорпихлогексана и хлортриазяков в почве. Химия в сельском хозяйстве, 1980, 10, с. 51™ 52.

2. Цукерман В. Г. Способ выделения хлор- и фоефорорганических инсектицидов и симм-триазяновых гербицидов из почвы. В сб.: Алма-Атинский филиал ЦИНАО (специальный выпуск), 1980, с. 22...24.

Цукерман В. Г. Особенности динамики ГХЦГ и сямазина в почве в условиях Казахстана, В сб.: Токсикологический и радиологический контроль состояния почв и растений в процессе химизации сельского хозяйства. М„ 1ЭЭ1, с. 41...50.

4. II у к е р м а я В. Г., Пивоваров Г. А. Методические указания по определению хлорор г эпических и сим-трлазинових пестицидов при их совместном присутствии в почвах с помощью газожидкостной хроматографии. В сб.: Методические указания по определению микроколичеств пестицидов в продуктах питания, кормах и внешней среде. М., 1983, ч. XIII, с. 12...22.

5. Ц у к е р м а н В. Г. Влияние орошения на детоксикацию и миграцию альфа-, гамма- и бета-изомеров ГХЦГ и симазина в почве. В сб.: Эффективность средств химизация и агрохимического обслуживания седьско»

хозяйственного производства в Казахстане. Алма-Ата, Кайнар, 1983, с. 184...191.

6. Ц у к е р м а н В. Г., Ч а в а р Э. Я., Кузьмина Г. Н., Гикал Н. И. Диналшка содержания альфа- и гамма-изомеров гексахлорана в почве и растениях в Восточно-Казахстанской области. В сб.: Эффективность средств химизация и атрохимического обслуживания сельскохозяйственного производства в Казахстане. Алма-Ата, Кайнар, 1983, с. 195... 199.

7. Ц у к е р м а н В. Г., Л у и е в М. И. Анализ хлорорганических и сим-триазиновых пестицидов методом газожидкостной хроматографии и изучение их поведения в почве. В сб.: Результаты разработки методов анализа почв, растений и удобрений. М., 1983, с. 113...123.

8. Ц у к е р м а н В. Г., Георгиади А. Г., Ч а в а р Э. Я., К у-ц е н к о А. А., К у з ь м и н а Г. Н., В е р б и ц к и й П. Г. Предупреждение загрязнения почв и растений остаточными количествами гексахлорана и симазина в условиях Казахстана (рекомендации). Алма-Ата, Кайнар, 1983. 23 с.

Э.Цукерман В. Г., Георгиади А. Г. Предупреждение загрязнения почв и растений остаточными количествами гексахлорана и симазина в условиям Казахстана (рекомендации). В сб.: Рекомендации МСХ СССР по внедрению достижений науки и передового опыта в производство. М., ВНИИТЭИСХ, 1983, вып. 11, с. 43...48.

Л 60741 12/11—86 г. Объем I1/« п. л.

Заказ 174.

Тираж 100

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

Бесплатно