Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ТРАНСФОРМАЦИЯ НЕКОТОРЫХ АРИЛАМИДНЫХ ГЕРБИЦИДОВ И ИХ МЕТАБОЛИТОВ В ПОЧВЕ, ВОДЕ И КУЛЬТУРАЛЬНЫХ СРЕДАХ

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "ТРАНСФОРМАЦИЯ НЕКОТОРЫХ АРИЛАМИДНЫХ ГЕРБИЦИДОВ И ИХ МЕТАБОЛИТОВ В ПОЧВЕ, ВОДЕ И КУЛЬТУРАЛЬНЫХ СРЕДАХ"

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА СССР

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

ТРАНСФОРМАЦИЯ НЕКОТОРЫХ АРИЛАМИДНЫХ ГЕРБИЦИДОВ И ИХ МЕТАБОЛИТОВ В ПОЧВЕ, ВОДЕ И КУЛЬТУРАЛЬНЫХ СРЕДАХ Специальность: 06.01.03 — почвоведение,

03.00.07 — микробиология

Автореферат диссертации ка соискание ученой степени кандидата биологических наук

На правах рукописи *

Галина Кирилловна ВАСИЛЬЕВА

УДК 632.954 + 577.17

МОСКВА — 1984

Л ~36£0/ ______

Объем 4 'Ii n.-J. Заиал/rcs Тирам (00

Типография Московской с.-х. академии ни. К. А. Тммирлква 127550, Москва И-350, Тичнрвлсаская ул.,

С1ШС0К ОСТЮШНХ ОПШШКОВЛВНШС РАБОТ ПО ТЕМВ=ДКССЕРТЛЦКН

I. Васильева Г.К., Ввеволохсвая Н.Б., Петров В.П. Особенности ведегая и вффеятввиость метурлта а Н-йвнаж-гЛ-ммклмочевжян на посевах картофеля. - 1шкя в о.х., 1977, В 0.65-60. 3* Суровцева Э.Г., Висжльева Г.К., Водьнова А. И., С/рутян С.С. Ацегапироваяха культурой Рвтаопопая »игалПаса. мидяаа к «го хлорэашщенюп аналогов. - Доклада АН СССР, 1977, т.237, У X, о.220-223.

3. Васильева Г.Н. Метод раздельного о пределе тая в п^лродних ходах иетураяа « его нстчбо^/утовш-фенил-н^-котилмочвплии ж елхлхиа. - . Б кв.: Истоды определения пестхцхдов В соде. 2.1 1Хзроиетеовэ££Г, 1979, вап.Э., о.102-106.

4. Суровцева 0.7., Васильева Г.К. Волыюва А.И., Елскуво» Б.Г.

- Разрушение монохдорашштов не квта-щтя А1ск11е«п«в Гмс&11а

- Доклады АН СССР, 1960, т.254, * I, с.226-230.

5. Суровдела Э.Г., Влсальеиа Г.К., Басонов Б.Г., Вольаов* А*И» (Разложение 3,4-дихаоранжлива культурой А1са11Бепев гаве«11в

- Шкройиологля, 1991, т.БО, вып.4, о.740-743.

6. Васильева Г.К., Киселев Г.Г. Об опенке степени дехлорирования сестаттлов а почве я воде. - В хн.: Зкологхчесгие последствия применения огрешиакатов (вестишеов). Цущино, ОПТ!! 1ЩБ»[ АВ СССР, 1982,.С.13&-14Л;

7. Васильева Г.К.» Ананьева Н.Д., Соколов Ц.С., Ыиросеньо Е.В. Поведение хлорашиивов в водной среде. - Известия АН СССР, серия Оаолопгчесхая, 1963, * 3, с.375-382.

8. Ваоияьеаа Г.К., Ананьева В*Д. Бгодеградадия 3,4-дихдоракал*на в почве. В кн.! Экологжчосаая кооперация. Ияформ.бюллетень со пробл. "Охрана вкосистея (бжогеопеноэо») и ландаяфга", Братислава, 1982, а«я.2, с.44-49. 1 •

-ег-

кавт примерно с тоя же скоростю, что и я по «о, вркчо*- цврвход соединения в связанную гидролизувцув форцу не превышает 5-&05Е ' (в зависимости от исходной концентрации). При неАтральноЯ реакция среды разложение ксенобиотика резко ускоряется; пониженная температура ( ^ 8°), анаэробные условия к кнслъй рН (5,5) среды тормозят этот процесс, внесение дополнительных источников углерода не влияет на его скорость. Л) всех типах почв и почвенных суспензий из 3,4-днхлоранидин& образуются промежуточные продукты трансформации - лай »и (.ныв анжлцди кврбоновкс кислот (до 5-15£) и стойкий канцерогеннщ продукт - ТХАВ (от 0,6 до 3%).

РШ0ИВДЩ31 ПРОИЗВОДСТВУ

1. Уетод идентификации и определения ы« турки л, продуктов его трансформации ( *-фенил-Я' -метклмочовнна, п-фенилмочевкна» ашшш) в почав, растениях и клубнях картофеля, основаннья на использовании тонкослойной хроматографии и фотометрии« Чувствительность метода для всех иссдедуоных веществ при анализе водных растворов 0,01 иг/л, почвы 0,01 мг/яг, растительного материала

- 0,02 кг/кг.

2. Методика определенна скорости биодаградшдии хлороргани-чесвих пестицидов и/яли продуктов кх трансформации в водных средах я почве. Методика применима для оценки в лабораторных я ыякро-полевих условиях скорости разложения (дехлорирования) соединения при кх концентрация в среде ?5-50 ыг/л (иг/кг).

3. Бактериальной аташ Л1свНв«пеа Гавсо11в , уткжнзирущиЯ в соохислигеаькых условиях З-хлор-, 4-хлор- и 3,4-дкхлорш(идккы при концентрации похготпктов в среде &0-100 мг/л.

культурой микроорганизмов (растущих на средах с 3-хлор-, 4-хлор и 3,4-дихлоранигинамк - единственными источниками углерода) лоз** воляет существенно ytкорить разложение отих ксенобиотиков в речной , ирригационной я морской водах* а также в почвенной суспензии на основе дугово-чзрнозековндной почвы. В этой последней в разложении 3,4-дюсдоранилпна и моиохяоранклинов участвует одни и те хе микроорганизмы; 4-хлоранклин является индуктором разложения 3,4-ДХА, в то время ксж неэаыеценньй анилин такими свойствами не обладает. Установлено* что обратимо сорбированньй почвенными коллоидами к 3,4-дкхлораяилкн примерно в одинаковой степени достиг,гш w ^»организмам; обе эти формы исчезает из почвенной суспензии с близкими скоростями. Образование в почвз связанного (гидроляэуемого н негидролизуемого) 3,4-дюслоранидкна коррелирует с содержанием в ней органического вещества. Доступность микроорганизмам связанного 3,4-дихлораиклина очень ограничена.

5. После »несения ионохлоранклинов, 3,4-дкхлоранялина или их производных в луго во-черноэемовидной почве развивается активная бактериальная микрофлора, способная дехлорировать и полностью разлагать эти соединения. Процесс адаптации микрофлоры к хдорани-линам в почве или почвенной суспензии обусловливает лаг-период различной продолжительности, зависящей от краткости преда ествуо-щей обработки почвы ксенобиотиком, его концентрации и условий инкубирования. В серой лесной и красноземной почвах детокеикация 3,4-дихлорвннлина происходит преимущественно э& счет абиотического связывания его органо-минераяьнкми коллоидами.

G. В почвенной суспензии на основе лугово-черноэеновидной

почвы микробиологическая трансформш^я 3,4-дихлоранилина проте-

G

ДальнсПвне npeopfc,tiimn fl-^ontut-N' -метндиочеешт в и -фенилиоче-пику происходят под дсЛсгскем микроорганизмов сравнительно ыодяьн-но (T^q ■ 6-8 сут при среднесуточнсд температуре 14°), В течение веготацноиного периода остатки гербицида практически полностьо исчезают из лочии и в клубнях картофеля не накапливается.

Гсрбицидноо дедетиие на сорные растения окаэыааот не саи ме-турин, ь м-^.елил-11' -иетичиочевта; из-за её понизится миграционной способности мстурнн кг/га) следует применять на плантациях картофеля только на почвах среднего я тяжелого механического состана.

2. Незамеченно анилин ч хлорированные ярнлашни (образующиеся в шчее н водноа среде в процессе разложения гербиццдних соединения разных классов! трансформируется почвешвдш бактериями как в соокнсштелышх условиях, так и при использовании в качестве ростового субстрата. Банторни Peoudononoo'aurantlaco в присутствии углеводов или других косубстратов ацетилирус? шшдиа и хлораннлины, за меклечонием 2-хлоранилина. Скорость и полнота ацатшшров&нкя увели- .'вьется от незамещенного анилина к ионохлор-анилинаи к 3,4-дихлоракклмну, Бактерии Alcalinas faecalío,

Lupвоенные на незамещенной анилине, полностью разлагает хлорыш-ликы путей окислительного двеаминирования, расцепления хлорзаме-ценного пирокатехина по иего-г^ти к утилизации продуктов расцепления.

3. Показана положительная корреляционная связь между скорость» исчезновения Э,4-днхлораннлкна из воды и гидрохимическими показателями её качества, такими хак лерманганатноя окисллемость, биохимическое потребление кислорода, содержалие органического s¿>-цветва и численность сапрофнтншс бактерий, Инокуляция смеаанноа

лесная), 10-20£ (яугово-черноаемовидная) к 2в% (краснээеуная почва) , т.е. у&олкчхваетсп с го пеон» ей содсржшлш оргшгачоского вещества. Ип основании дмткх баланса продуктов трансформации 3,4 ДХА считаем» что процесс полного связывания 3,4-ДХЛ можно характеризовать скоростью исчезновения ксрнобиотнка из стсрилышх оО-разцов почви. Констшгга скорости отого процесса также хорошо коррелирует с содержшшеы органического вещества в почве.

СвлзапнШ гидролиэуеи«! 3,4-ДХА деже и лугово-чернозеюовд-нсЯ почве исчезает очень ыодле^ю (3-5$ в недолю), что свидетельствует об "грттчешюЯ доступности отоЯ части 3,4-ДХА ючфооуа-низиам.

Доступности рлстенпян обратимо сорбированного и свяэшшого почвет;юо( коллоид аил 3,4-ДХА такие рвз:;о различается. Из сороЯ лесной почвы, как обратит сорбяровпшаЛ (4,4 иг/кг),

тал к свлзанкыЯ гидроливуеюД (3,7 кг/кг) 3,4-ДХА, в растокил райграса за I месяц поступает около 1955 токсикантов (от исходного содержания в почве). В то же время па дуто в о-чорно э оно видной почвы, содержащей лишь связанный 3,4-ДХА (9,1 иг/кг) рглграсои поглощается всего этого соединения. Основная часть поглощенного 3,4-ДХА (75-б&£) локализуется в корневой системе растений, Тая, в корнях и райграса на серой лесной почве накапливается

соответственно 17,6 и 5,9 мг/кг 3,4-ДХА, ана лугово-чериооемэвид-ноЯ -"3,9 к 0,6 «г/кг (в расчете на еухуп фитоыассу).

обеяе вывода

I. Нотуркн (4 кг/га) после довсходового применения очень быстро трансформируется в Я -фенил-в* -Иеюишочевину (Те^ - 0,5--I сут) благодаря каталитическоцу действие почвы я инсоляции.

почв происходит под действием разкга мохшыаиов. Активная микрофлора дуго&о-черноземевидной почвы после нвкото^Йо лаг-периода (10-12 сут) дехлорирует от 22% (целинная) до 925 (пехотная) внесенного ксенобиотика. При повторном внесении 3,4-ДХА в ont почвы скорости его исчезновения и декорирования резко увеличивается. Из серой лосноЯ и красноэоиной почв 3,4-ДХА исчезает сравнительно медленно и э основном под дейстгием абиотических факторов; при атом дехлорированию подвергается до 5-1ЬЗЙ отого соединения. Никакого ускорения разложе)В1я 3,4-ДХА при повторной его внесении в вти почви но нлблвдаетсл. Аналогично л.с. в почвах происходит образование tu шли до в 3,4-ДХА и накопление ТХАБ (0.5-3Î).

Динашка -ежлролти детоксикпции 3,4-ДХА в почва не подчиняется экспоненциально)! зависимости. Детоксикоция 3,4-IUA в исследуо мых почвах происходит по-разному. В лугово-черноземовидной (па&ня, целина) скорость этого процесса со временем увеличивается. а в серой лесной и красноземной - замедляется; гюотоцу персистентность отого соединен»я в почве объективнее характеризовать критерием Т^е, (с »'тветственно 18, 16, 90 и 65 сут), a ite T^q (соответственно II* 4, 14 и Э сут). В лугово-черноэемвидной почве полное исчезновение обратимо сорбированного почвенными коллоидаж 3,4-ДХА свидетельствует о доступности атой части ксенобиотика иик-роорганиаи&и-дострукторам. D сирой лесной и красноэемнсй почвах замедление процесса его детокенкацнн обусловлено, по-вндимоцу, прекращением ховалонтвого связывания 3,4-ДХА почвенный органический вещество*.

Образов ai ие связанного гидролиэуемого 3,4-ДХА в почве - абиотический процесс. Содеряаше этой формы 3,4-ДХА после 2 месяцев инкубирования достигает {от исходного) примерно 12% (серая

4-ХА. Незамещенная анилин такими свойства»« на обладает.

Исчезновение 3,4-ДХА и» п.с. на основе серой леснсЯ и красно-*е«коЗ почв происходи? преимущественно под действием абиотических фвлторов, главным образом в результате ковалентного связывания 3-,4-ДХА оргшо-ьдшер&льнь-ии коллоидами. Об этом свидетельствуют близкие результаты, полученные с нативвОДя стерильнОДи образцами а.с.» а также отсутствие дехлорирования.' Исчезновение

3,4-ДХА из эпос я.с. происходит замедленно я микрофлора * ксенобиотику не адаптируется*

Помимо спис^ыьх процессов * во всех типах п.с. под действием микрооргол.юноь происходит фрагментарное образование из 3,4-ДХА (50 иг/л) анмлидов отогэ соединения в том числе англидсд

цуравьинсЛ, уксуснся, пропионовой и масллноЯ кислот, а также накопление от 0,2 до 1,6 кг/л (0,5-3^) ТХАБ - очень персисгенгного продукта конденсации 3,4-ДХА, обладавшего жагшерогентлш свойствами .( ВагМ«, Ргозиг, 1967).

Глава 7. БЖТРАНСЗОРЩЩШ И РАЗЛОЖЕНИЕ 3,4-КЕСЮРАКиЗИА Б ПОЧВЕ

При изучении особенности разложения 3,4-ДХА в почве п?дтвор-ядени в основной закономерности ого биодеградоши, полученные в экспериментах с п.с. Установлено, что ксчезнооенио аршишддноЯ части пропалила п окаогетюго 3,4-ДХА происходит в лочве с одинаково* скоростыз н сопровождается ввделенкем равных количеств хлор-ионов. Поэтому основные выводы* гояучетшо в экспериментах с 3,4-ДХА, можно экстраполировать на эвдогетпЛ 3,4-ДХА - основной метаболит про л анид а.

Лотохсик&ция 3,4-ДХА (50 мг/кг) в трех исследование: типах

6 л.с. на основе дуто зо-чернозеш видной почвы рисовников все исследованные хлораннлины ведут себя аналогично: нх разложение начинается после некоторого лаг-периода и сопровождается выделением не менее 60% хлор-ионов от расчетного количества. По скорости деток* ai нации соединения располагаются в следующем порядке: анилин >4-ХА> 3-ХА > 3.4-ДХА (Т50 при 26° соответственно I» 5, 10 и 20 сут).

Скорость детоксикацни 3,4-ДХА определяется евойстваш почвы (ив которой приготовлена п.с.) и условиям! инкубирования. В п.с. н& основе дул во-черноэеио видной почвы июрофлора способна после некоторого лаг-периода полностью разлагать доступную для нее часть ксенобиотика с высвобождение»! до' 96% хлор-ионов. Лог-период определяется' цдаптировакность» почвенной шкрофлоры, концентрацией 3,4-ДХА н условиям! инкубирования. Лаг-период существенно короче в п.с. на основе лугово-черноэемовкдной почвы рисовников (ежегодно обрабатываемой пропонидопо срарнению о целинной. При оптимальных условиях (нейтральный рН, пэробные условия, температура £8-ЗЬ°) при концентрации 0,5, 5 и 50 мг/л лаг-период составляет соответственно 0.&1-I, и 1^*40 сут. В анаэробньге условиях, при пониженной температуре (с8°> и в кислой среде {рН 6,5) истинное разложение (дехлорирование) 3,4-ДХА не наблюдается в течение 3-х месяцев. Подколачивалио л,с. до pli 6.0 и снесение дополнительных источников углерода (до 0,1$ гяскоэы) не влияет на длительность лог-nejw-ода.

В процессе трансформации 3,4-ДХА в л.о. на основа дугово-черно-эсмОвнцной почвы активная шкро£лора адаптируется к стону соединении, повтоц/ последующее ьн^сонио 3,4-ДХА примчит к реакому ускорении его рлэлменпя за счет еокргаения лаг-пер(ода. Индуктором iepiMiiTiaix систем, участвугох в ррэлсаении 3,4-ДХА, служит 1ш«

-

вателяж биогенноети этих вод (перманганатная окнсляемость, биохимическое потребление кислорода, численность сапрофитных бактерий). В водь с низкой биогенность» скорость исчезновения ксенобиотика с увеличением его концентрации снижается. В названных условиях снижение содержания 3,4-Д^А (0,1 мг/ч) до безопасного уровня <0,02 мг/л} происходи? га 2-3 мес., а при более высокой исходной концентрации <0,5 иг/я) - за 3,5-10 мес.

Влияние на скорость биодегракации хлоронляинов процессов их сорбции 1эвешекнш«1 ^истицами и дгннюм отложениями изучат в издольной ирритцисччпП сод4' (особым обрезом приготовленной п.с., содержащей км/с^дн/л? к (.^коллоидную фращли почвы). Доступность микроорганизмам 3,4-ЛХА, в разной степэни сорбированного твердой фаооС почры, неодинакова. После внесения 2,4-ДХА в п.с. ужо через несколько »мнут от 5 до ЬО? вещества (в зависимости от ого концентрации и типа п.с.) сорбируется почзснншл! коялоидмси Первоначально вось 3,4-ЛХА, находта(Рся п твердой фаз о, являотся обрати* сорбированным и может полиость» извлекаться смосьп органических растворителей. Затем он постепенно переходит в связанное потешала коллоидам! состояние н лиаь частично (примерно налелосину) извлекается в ходо цепочного гидролиза в жестких условиях. Поело исчезновения из п.с. растворенного и обратимо сорбированного ксенобиотика доля связанного гадрогизуемого 3;4-ДХА в течение длительного срока инкубирования умонъсается незначительно, что указывает на недоступность этой формы 3,4-ДХА жкроорганиэмам. Эти результаты, а также эксперименты с растениям! (Глава 7) показывают, чтз скорость детокгикации хлоранидинов в п.с. и почве определяется скоростью уменьшения суммы концентраций растворенного н обратимо сорбированного твердой фазой ксенобиотика.

Скорость разложения веществ этими бактериями уменьшатся от незамещенного анилина к монохлоранилпнам и далее к 3,4-ДХА» К концу инкубирования в среде накгляиваются аммоний- к хлор-ионы • до 85-952 от теоретически возможного количества.

Радикальным решением проблемы микробиологической детоксика-ции остатков пестицидов в ловепхностнга: водоисточниках может быть выделение, изучение и применен«« микроорганизмов, использующих вти ксенобиотики в качестве ростовых субстратов. К таким микроорганизмам относится смешанная культура бактерий, растущая на средах с 4-ХА и 3,4-ДХА в качестве единственных источников углерода. При внесении в образцы воды (из р. Кубани, р. Оки и сбросного канала) и п.с. (на основе дутово-черноземовидной почвы) этих бактерия клеток/мл) отмечено разложите 3,4-ДХА (2-20 иг/л), сопровождавшееся выделением хлор-ионов. Разложение 3,4-ДХА предшествует лаг-период.

Глава 6. ТРАНСФОРМАЦИЯ А1ШЙНА, ЖЗГОХЛОРАКШШОВ II 3,4-Д1ШЮРАНйЯИ11А В ВОДНОЙ СРЕДЕ

Проблема загрязнения водоисточников хлоранилинамн и, в частности, 3,4-ДХА стоит особенно остро в связи с вкроким использованием еркламидних гербицидов (пропанид) в рисоводство и поступлением ого остатков с ирригационными водами в рыбохоэяйствсшшо водоемы. Изучение самоочщ&щей способности природных вод от 3,4--ДХА {0,1-Ь мг/л) покезояо, рто в сбросной воде рисовой системы, в образцах воды из р. Кубани, Азовского и Черного морей при 28°, эффективном аэрирования, в отсутствий света и донных отложонкЯ исчезновение ксенобиотика происходит главным образом за счет деятельности микроорганизмов. Устиноваона положительная корреляционная связь кежду константами скорости исчезновения 3,4-ДХА и пока-

•лидин и его хлорзомещенные аналога в соответствующие ацетани-лнды:

--- ^НН-С0СН3

Й К

Н=н, з-а, 4-и; зл-д«с1

Скорость и полнота трансформации увеличивается от незамещенного гнилина я 3-ХА, 4-ХА и далее к 3,4-ДХЛ.Ацетилированне 2-ХА в в тих условиях на происходит» В отсутствие источников углерода шк-рооргаяизмы вновь высвобождают исходные анилины, используя ацетильные группы в качестве ростового субстрата.

Другой выделенный штамм А1са11еею«я Ги«еа11а , обладающий -фериектнши системами для окисления анилина, в соокислительных условиях (ко субстраты шшеш, ацетат, пиру ват) расщепляет его хлорированные аналога - 3-ХА, 4-ХА и 3,4-ДХА. В ходе инкубирования на среда с анилином (используемым в качестве единственного источника углерода и анергии) в микробных клетках накапливаются индуцибельные форменты, осуществляющие трансформации хлоранили-мов путем окислительного дезашнирования, расщепления образовавшегося хлораамещеннэго пирокатехина по оксалокротокатной ветви мета-пути и последующей утилидации ого продуктов расщепления:

-/г-

гцесменно эаекснт or маханшоского состава почвы. При применен*« гербицидов на лугово-адлпвиальной логкоглинистоП почве ФШ (как екаогекная, так и образующаяся иэ ыотурина) ограниченно мигрирует по почвенному профилю и локвжиоуотся в основном в слое 0-5 см, поступал главным образом » сорные растения и не накапливаясь в клубнях кортовелл. В более легкой (среднесуглинистоЯ) почве SHM при орозати или под действием осадков мигрирует в нижние сдои яа» хотнэго горизонта, достигая глубины 18 си. Это приводит к аначм-телыюку поступлению гербицида в культурные растения, их повреждению или гибели урожая.

По гер?ицпдноцу дсЯствкв на лугово-аллювиальной легкого- , нистсП почво метурин (4 кг/га> и (3,6 кг/га) близки и не уступает прометрику (2,25 кг/га). Наилучшее гербидошое действие они оказывают на однолетние сорняки (знаковые и двудольные), менее эффективны против многолетних (осот роэовК!) copimx растения. Остатки гербицида в кдутЗнях картофеля в »том случае не отмечены.

Гловл 5. ТРАН0МР1ШЩ АНАЯИНА, ЫГСЮШРШ13Ш0В 11 3,4-ДГСЛОРАНИША ПОЧВЕННОЙ ИИКРОЗДЭРШ

Выводить и идентифицировать продукты трансформации хлоранили-но» в акспсркиснтох с почвой или «одними средами весьма сложно. Для этнх цодсЛ прибегают к ввдагенпп из почвы активных ртгчшов микроорганизмов и кэучешз) трансформации ксенобиотиков в культу-ралънюс средах. В процесса; исследования два вида активных стам-vob бактерий и смсз&кнал культура микроорганизмов ваделены иэ пахотного горизонта лугово-черноаемовидной почвы рисовникое с участием сотрудников №1 All СССР (Суровцева и др., I960, 1981, 1983), Бактериальнъй штамы faeucloisonae aurontlace в соокислитель-

пых условиях с помочь» конститутивных ферментов трансформирует

-И-

чествекного определения высаобохдащихся конечных продуктов трансформации втих ксенобиотиков - х^ор-ионо». Четод применим для изучена в лабораторных условиях полноты к скорости разложения хлор-Органических соеданежй (в концентрации ¿»5-50 иг/л, мг/кг).

Глава 4. ИЗУЧЕНИЕ ПОВ£02НИЯ ШУРИНА К Н-ШИЛ--К'-«КПШ10ЧЕВИНЫ В ПОЧВЕ

В лугово-вллювнальной почве метурнн <4 кг/га) бистро разлагается, независимо от температуры (2-2В0), при »том Твд » 70-20 чао. Основной путь его трансформации идет через депадро«си лирование с образованием ЙШ (максимально от 52 до 92.5£). Трансформация осу-дог>гпяяется благодаря ка.таяи?ическоцу действию почвы и инсоляции.

кык акзогенная, так и вццвляюцаяся при дегндроксилирова-1ши натурина, отнесена нами х среднестойюш ксенобиотикам, поскодь-яу ее Тзд колеблется от Б до 8 сут., а практически полное исчезновение в полевых условиях происходят «а 4*6 дос. Под действием почвенной шкрофлору ото соединение дометилируется с образованней 4Ц (максимальное содержание 1,5 иг/кг), последняя гидролизуетсд до анилина;

окншэ-- <^кншнн£нз-- ^^-гмсоыкг—-

О"*

Скорости исчезновения СЫН и CU из почт соизмеримы, ашлич быстро рьзлагяется н почве и его накопление ш iststsix концентрациях (0,015 «г/кг) отмочоно только пря готстонлоЯ юилературо U^l

Таким образом, «¿«урин опаливает горбицвд.гао дейстьие на .ч>ргяк» зл счет вцлолящейся в результате его разложения !Ш. Эффективность применения мотурина и IW на посадках картофеля су-

0,06 кжг/кр.

Степень полной биодеградацвц рассчитывали по коли-

честву дополнительно в^саободиваихся в среду хлор-ионов. Для изучения доступности ксенобиотика растениям райграса 1 его семена вы-севахи в почву, содердачУ» как обратимо сорбированию и связанна, так к только свяаеиньй 3,4-ДХА. Растения выращивали в вазонах в точение I мосяпа, после чего анализировали корни и Аисты на содержание 3,4-ДХА.

Ыатоматкческух) обработку результатов экспериментов проводили по общепринятой методике {Дмитриев, 1972). Все данные по кинетике бцхи проверены на возможность применения формулы экспоненциальной вавкскмости.

Глава 3. РАЗРАБОТКА. И СОВЕРЕ1ИСТВОВАШ£ ЦЕГОДОВ АНАЛИЗА ГЕРБИЦИДОВ И ПРОДУКТОВ ИХ ТРАНСФОРМАЦИИ

Раьр&богшшъЯ метод определения ма Турина и продуктов его трансформации (£101, 211 и анилина) в почве, зеленой массе растения п клубнях кортофеля основам на извлечении токсикантов смесьо ацв-тон-этилацвтат-вода (3:1:1) и последующем использовании методов ТСХ и фотометрии. Цетур'лн определяли после разделения на пластинках и разложения УС-свотом до СМУ. Для проявления соединения по реакции к -хлорирования хромато граммы обрабатывали газообразным хлором, затеи К1-крпхмальни» реактивом, Чувствительность метода при анализе всех- исследуемых веществ для почвы 0,01 мг/кг, рас-т тигельных образцов и клубней картофеля - 0,02 мг/кг.

Для оценки степени разложения в пресных водах и незасоленных почвах хлорснилшов и других хлорорганичееккх соединений предложен к разработан потенциомотрическиЯ вмсокочувстеительтй метод коли-

/кльнио водные раствори »тих ксенобиотиков. По истечении определению сроков тнкубировшшя {1-90 сут) воду its грех параллельных колб анализировали на содержание хлоранилкнов к хх метаболитов, в том числе 3,4,3*,4*-тетрмдораэобензола (ТХАБ). Дяя выбора оптимальных условий бнораэложения 3,4-ДХА в условиях л.с. оценивали влияние температуры* аэрация, рН среди я дополнительного внесения косубстратов на скорость »того процесса. Изучали тте различные способы индуцирования ьякроорганизмов-дестружторов. 0 качестве индукторов разложения ксенобиотика попользовали сам 3,4-ДХА. 4-ОСА и анилин, а также активироваиную п.с. Для оценки влияния сорбции на процесс микробиологической трансформации 3,4-ДХА изучали доступность микроорганизмам и растениям растворенного, обратимо сорбированного и связанного почвенными коллоидами 3,4-ДХА. При этом параллельно с натнвншш использовали стергльные образцы почв и п.с. (стерилизацию проводили пр>; 120° и избыточном давлении I атм тркхды в течение 3-х суток). Динамику содержания 3,4-ДХА изучали раздельно в растворе и твердой фазе: екаяизироваля растворенную, обратимо сорбированную и связанную твердой фазой гидролизуецую ¿юрмы ксенобиотика. Дж.> этого твердую фазу отделяли центрифугированием м извлекали из неЗ хллранилнны смесью ацетон-гексан <9:1)» после чего содержание связанного гидролизуемого 3,4-ДХА определяли кипячением твердой фазы в 2Ц$-ной КаОН и дистилляций высвободившегося хлоранхлина с паром. В почве определяли только обратимо сорбкровашай (экстрагируемой смесьо ацетсч-гексон-вода,• **:3:3) и связеннШ гидродизуеюП 3,4-ДХА. Дяя количественного определения хлоранхляюв использовали колориметрическое (Ккмр и др., I97C ( и г&ьохроматогра^ичесжо» ( Xueemaul fct «1., 1976) окончат». Чувствительность матода ГКХ для веды 0,0С5 мхг/л, для почем

тивность мотурю:л (4 кг/га) к fiMM (3,6 кг/га) при применении их на посадках картофеля па лугово-ал/Лвиалъной почве разного механического состава и исследовали накопление их остатков в продуктах урожая.

Дал оценки влития микрофлори на скорость разложения кегурп-tia в дугопо-аллювиальной поч^е проводили микрополевые и лабораторное эксперименты, в которых сравнивали скорость разложения метурина (7 иг/кг) к продуктов его трансформации в почве при +2° и

Изучалось слияние инсоляции и каталитических свойств почвы на скорость разложения метурина и ilßl при экспонировании соединена на ссылочном свету, нанесенными на тведоув подложку (стоwo), сухоп к влодагьЯ песок. С, целы) изучения превращения метурина в почве в лабораторюсс экспериментах вццеляяи и идентифицировали продукт его трансформации.

В лабораторных условиях изучали трансформации анилина, моно-хлоронипшов, 3,4-ДХА я пропанида в культур одьтяс средах, природной соде, лугово-черноэемовкдной (пахотной и целинной), серой лесной и красноземной Ьочвах и в tue., приготовленных из о тих почв. Культуры микроорганизмов выращивали в течение суток при 28° на дидксЯ шшсролыюй среде следующего состава: 7 г/л К^НРО^, 3 г/л КН^РО^, 0,1 г/л с добавлением для Pseuäomonan вшгап-

tioen I г/л гдюпоэи, для Alceligeneo faecaile 1,2 г/л анялкна я 0,05 г/л дрожжевого экстракта, для смешанной культуры микроорга-нкамов 0,05 г/л 4-ХА или 3,4-ДХА и 0,05 г/л дрожжевого экстракта, В экспериментах с природной водой и п.с. образцы по 15-50 мл экспонировали в зрланнейеровских колбах в стационарных условиях в отсутствие сиета. Для создания определенных концентраций хлоранили-нов (0,5 , 5 иди 50 мг/л) в колбы с водой или п.с. вносили сте-

"apou&tcKcft части СССР (таблица), поusошшо суспехшш (п.с., приготовленные на основе этих почв), природное и ирригационные води на различных говерхност!здх водоисточников. В качестве биологических объектов использовали чистые и смеисннш культуры бактерий*, выделенные из лугово-черно зе но в ид! юа пичьи риповников. В исследо-вшIиях.использовали ::.ч. к -фенил- К -окси-N' -матилмочевкну (ив-турин), N-фекил-н'-метилмечевтгу (iiOJ), продукты их трансформации -W -фенилиочесину (СМ) я анилин, а'также 3,4-длдаорпропмоанилид (пропанид) и хлоравмещенные производные анилина: 2-хлоранглкн (2-ХА), 3-хлоранилин (3-ХА)4-хлоранилин (4-ХА) и 3,4-дкхлорани-лин (3,4-ДХА).

Полевые ошти проводили по методике ВНЗР ь центрально Л поЛые р. Оки на территории совхозов "Болкзевик" (1975 г,) н "ЗоокскиЛ" (1976 г.) Московской области. Изучалась динамика содержания в лу-гсво-аллювиальной почве (после внесения под картофель) метурина (2 и 4 кг/га) и основных продуктов.его трансформгцнн как нативлшх {CUM, £11 и анилин), так и экзогенных (ОД1, IJB и 3,0 кг/га) соединения. Почва анализировалась на I, 2, 4, 8, 16, 32, 64 и 140-е сутки после обработки. Ловторность в опито трехкратная. Содержание микроколичеств гербицидов и их метаболитов определяли по специально разработанным методикам. Для изучения миграция ФШ1 по почвенному пробили анализировал« образцы из слоев О - 2,5 , 2,5 - 5, 5 - 10 к 10 - IS см. Оценивали также еффек-

'* А*п*ор выражаэт глубокую признательность эвз. отделом адал» т&цин-кикроорганисмоо 12Ш All СХР д.б,и. О.Н.Кпрасевичу и сотруднику о то го отдела к.б.н. Э. Г. Суровцевой за предостаглеиную возможность использовать в экспериментах выделенное ими культуры t*'.poopганионов и ей участие в обсуждении результатов.

- t —

Таблица

Основные характеристики пахотного горизонта ил» верхнего (0-20 см) слоя исслсдуеия почв

Почва

~г~-1-

( Оргаки- 1 Сумма ой-

ен I ' „ !

■( чески Я мешшх осно-вод- ¡солеТуг1ероД1}

кый I пей] £ ;

(

1

БаниЙ, |мг-9кв/100 г

Уехлническчй

состав | (по Качянсноцу)I

1-

! Численность бахте-I рий, млн.кдеток/г

I сапрофита (Рвст^ \ I на ПА

Лу го во-аллювлальная:

а) с-э "Большевик" 7,7

б) с-з "Заокский" 6,6 Лугово-чернозешвидкая

(Краснодарский кр.)

а) паяня (под рисом) 6,2

б) цедина(пол лесом) 6,9 Сирая лесная пахотная

(УискОЕСкая обл.) _ 5,5 Краснозем целинный (Ба-туисккй ботанич.сад) -1,8

7,2 2,2 31,9 Глина легкая н.о. и.о. 5,9 1,1 25,0 Суглинок средний н.о. н.о.

6,1 1,7 31,2 Суглинок средний 22,6*45,1 697*1173

6,8 2,8 34,5 Суглинок тяжелый 22*9-108 610*1256

5,0 1,1 18,4 Суглинок средний 3,5* 7,5 29,7*36,1

4,0 5,7 2,6 Суглинок средний 5,6»- 9,6 1,7*2,9

Примечание: н.о. - не определяли, ПА - почвенный агар

рокировались на ВДНХ СССР в 1090 и 1983 гг.

Объем, содержание работы и публикация результатов нссдсдова-нЩ. Диссертация изложена на 113 страницах машинописного текста, ихлястрироввна 17 таблицами и рисунками. Работа состоит из введения, 7 глав, заключения, выгодов, списка используемой литературы (225 наименований, в том числе 135 на иностранных языках) и приложений, Основное содержание диссертации наложено в 25 печатных работах»

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Рассмотрены особенности поведения н-оксие^-илмочевинних м орнлмочевинных гербицидов в элементах яанда&фта в зависимости от различных ({>ахторов» Приведены результаты исследований по метаболизму гербицидов в почво и водттс средах» по сорбцпонно-десорбцн-ониому вваююдсАствж) пх с почвой и особенностям поступления в растения. Обобщены сведения о трансформации хлоранилинов в почве, водных м кужмуралькых средах. Сделан вывод об отсутствия единого юдхода у всследователп в отношении персистентности хлоранилинов в почве к других природ) аа объектах. Констатировано, что хотя хлораиилнны отличаются по ишемией лабильность» под действием инсоляции, основную роль в процессах их детоксинакин о элементах ландшафта играет микробиологическая трансформация, биодогрздация и свяаыввние почвенными коллоидами (донными осадками).

Глава 2. ОБЪНГШ И ШОДУ ИССЭДОШЙП

Объектами голевых и лабораторных исследовипй являлись почвы ъвтирех типов с территории различных природно-климатических зон

-и-

механического состава. Полученн эколого-агрохпмические характерно-тики исследуемых гербицидов.

Предложен способ определения степени дехлорирования пестицидов для оценки гас биодеградацик в почве и воде. Изучена бкотранс-^орыация хлорщшлкиов в кудьтуралышх средах (чистыми и смешанными культурами миьроорганизмор),Е природных водах, почвенных суспензиях (моделях ирригационных вод) и трех типах почвы. Показана возможность микрофлоры дуто во—черноземе видной почвы адоптироваться к 3,4--ДХА и эффективно разлагать это соединение; виявлены оптимальные условия жизнедеятельности этих микроорганизмов. Продемонстрирована ВОЗМОЖНОСТЬ видел СЮ HÎX ИЗ лугово-черноэвмовидноа ПОЧВЫ рИСОВНМ'.юв

актхвшас групп бактерия (растущих на средах с хяоранилинами в качество едияетваотде источников углерода, азота и энергии) ускорять детоксикашш хлоранидшюв в природных и ирригационных водах. Впервые установлена последовательность полней микроб вологявее кой трансформации монохлоранилянов и 3,4-ДХА.

Апообттия роботе. Основные пояояеимя диссертации докдрдыва-хиеь на I и П Bceconm^x совещаниях "Роль микроорганизмов в деградации пестицидов .и охрана окружающей среды" (Ленинград, i960 и 1983), на советско-американском симпозиуме "Прогнозирование поведения пестицидов в окружающей среде" (Ереван, 1981), на межцуна-

f

родных симпозиумах стран-членов СЭЗ по проблемам "Механизм действа* гербицидов и синтетических регуляторов роста растения" (ЧССР, Прага, 1991) и "Охрана экосистем (биогеоценозов) и ландшафта* (Ыосква, Х9825, На Всесоюзном совещании по проекту ЫАБ * 9-6 "Экологические последствия систематического применения пестицидов и других средств борьбы с вредными организмами в наземных и пресноводных экосистемах" Шущхно, 1982). Результаты экспериментов экс-

культур адьшк средах хлоранмлкнов - наиболее стойких метаболитов аряламидкых гербицидов, а также и изучении особенностей превращения в почве нового отечественно!« гербицида ыетурина.

Для осуществления этой цели необходимо било ршить следукчиэ задачи:

1. .Разработать методы анализа микроколичеств ыетурина п его ос*:овшде продуктои трансформации в почве я растительных объектах, а также предложить методику оценки полной деградации в почве и воде хлорссдержащих пестицидов;

2, Изучить трансформации ыетурина я К-фенил-Я *-меткл мочевины в дугово-аддовиалкной почве, оценить эффективность этих гербицидов при применения на картофеле, а также исследовать возмож-■ность накопления остаточных количеств этих соединений в продуктах урожая;

3. Исследовать пути метаболизма хлоранилннов активными культурами микроорганизмов, изучить принципиальною вогможность использования микробных культур для ускорения детокснкапки и полного разложения этих соединения в водной среде;

4, Определить динечаку содержания, изучить некоторые особенности трансформации и бходегрядации хлоранилннов а водной среде я факторы, оптимизирующие к лимитирующие ети процессы;

С, Изучить динамику содержания и особенности исчезновения жа почвы 3,4-дихлоранилмна (3,4-ДХА)*

Научная новизна и практическая ценность результатов наследования . Впервые разработан метод определения микрокодкчесто мотурк-иа»1Чи, И -феншшочовинм к анилина в поч»е, растениях к клубнях карт {ел я. Научены особенности поведения ме турима и ФШ при довсходовом примеденик на карто{«ле на лутово-алдюокахкНоЯ почве разного

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность пройдены. В мировом сельском хозяйстве используется ежегодно около 2 мян.т пестицидов, что обеспечивает дополнительное получение примерно 20i растениеводческой продукции. В 1980 году в СССР пестицидами обработано около 140 млн.га посевов и насаждения, в том числе гербицидами - №-€8 млн.га (Никонов, 1981; Чураев, 198П. Решением ишьского (1978 г.) Пленума ЦК КПСС и "Основными направлениями экономического м социального развития народного хозяйства СССР на I98I-I905 годы и на период до 1990 года" предусмотрено значительное увеличение объема, расширенно и

»

улучшение ассортимента производимых гербицидов н других пестицидов.

В последние годы становятся все более очевидным необходимость всесторонней э колого-агрохимической оценка всех новых препаратов, а также наиболее перснстштных агрохимикатов из числа уже жшояь-зуицнхся в сельском хоэ^стве. При этом следует учитывать, что лабильность исходного, препарата еще не является гарантией его безопасного применения. Примером гаких агрохимикатов являются ерида-мздкые соединения, трансформирующиеся в почве и других средах до более стойких м токсичных хлорированных анилинов. В связи с этим 'весьма актуальны исследования условий полной деградации этих гербицидов и их метаболитов, а также поиск активных способов воздействия на эти процессы.

Цель, и_задачи исследований. Основная цель работы заключалась в изучении особенностей трансформации в почве, природных водах и

».': - 1 j ;ГГ H-^JDJ

'СС/О >

/

-/ >

Диссертация выполнена в лаборатории миграции и метаболизма гербицидов Института агрохимии -и почвоведения АН СССР (с 1.1&82—лаборатория бногеогшмин загрязняющих веществ Института почвоведения и фотосинтеза АН СССР).

Научный руководитель: доктор биологических наук, старший научный сотрудник М. С. Соколов,

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор А, Д. Фокин, кандидат биологических наук, доцен! И. В. Асеева.

Ведущее предприятие—ВНИИ охраны природы и заповедного дела МСХ СССР.

Защита состоится «■ В » . , . 1984 г.

/■а /Р

в л? иа заседании Специализированного совета К 120.35.01 в Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева,

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

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА. Автореферат разослан «^л» семг Я ^ 1984 г.

Ученый секретарь

Специализированного совета — канд. с.-х. наук, доцент

Н. А. Гончарова