Поведение остаточных количеств гербицидов в почве

После внесения средств защиты растений на поля их концентрация под действием различных биологических и физико-химических процессов постепенно снижается. Действующее вещество пестицидов в окружающей среде подвергается процессам химического и микробиологического разложения, сорбции, перемещению в более глубокие слои почвы (даже в грунтовые воды).

Скорость разложения пестицидов во внешней среде зависит от типа действующего вещества, гранулометрического состава и биологической активности почвы, а также от погодных условий и агротехники возделывания культур. По определению, остаточные количества пестицидов — это часть действующего вещества препарата или его токсичных метаболитов, которые не разлагаются.

Говорить о возможной угрозе или загрязнении сельскохозяйственной продукции можно тогда, когда концентрации остаточных количеств д.в. гербицидов превышают либо близки к предельно-допустимой концентрации (ПДК). В 2000-2012 годах учеными Института почвоведения и растениеводства Польши, был проведен анализ около 6 000 образцов почвы с целью определения уровня остаточных количеств гербицидов (32 вида д.в.). В рамках мониторинга почв на посевах зерновых, озимого рапса, кукурузы, сахарной свеклы, картофеля и гороха были взяты образцы почвы с опытных полей на западе и юго-западе Польши. Ни один из проанализированных образцов почвы не превысил значения ПДК в почве 0,2 мг/кг. Однако исследователи уточнили, что образцы почвы были взяты с полей, где все агротехнические приемы и применение гербицидов осуществлялось в соответсвии с регламентом. Тем не менее, случайных отклонений от регламента внесения и превышения предельных концентаций в почве не избежать. Такие случаи обычно вызваны невежеством агрономов, плохим оборудованием для опрыскивания, превышением рекомендуемой дозы, использованием контрафактной продукции.

Модельные исследования так же важны, как и мониторинговые. В полевых условиях трудно выделить влияние погодных факторов и агротехники на наличие остатков гербицидов в почве или растениях. Они могут взаимодействовать друг с другом, провоцируя появление остаточных количеств д.в. в почве. Благодаря исследованиям в контролируемых условиях, можно вычленить отдельные факторы, которые влияют на параметры разложения гербицида и в итоге на концентрацию остатков д.в. В то же время ученые предлагают множество модельных решений, описывающих поведение пестицидов в окружающей среде, но ни одна из этих моделей не включает в себя все известные факторы окружающей среде одновременно.

Одним из элементов, ограничивающих пригодность СЗР для практического использования, является его влияние на сельскохозяйственную среду. Стойкие вещества, имеющие медленное разложение в почве, запрещены для защиты растений. Поэтому оценка периода полураспада действующего вещества в почве (DT₅₀) является важным показателем его пригодности. В зависимости от периода полураспада в почве используемые в с/х практике агрохимикаты разделяются на:

• малоустойчивые (DT₅₀ — менее 20 дней);
• среднеустойчивые (DT₅₀ — 20-90 дней);
• устойчивые (DT₅₀ — более 90 дней).

Период полураспада не является постоянной величиной и зависит от многих факторов (свойств почвы, климатических условий и наличия других веществ).

Исследования влияния типа почвы на разложение метазахлора проводились в модельном опыте (Sadowski J., Kucharski M., 2012). Для эксперимента были выбраны 3 типа почв с различными свойствами:

• почва A (Corg = 2,10, соотношение в почве долей песка/пыли/глины — 15%:34%:51%);
• почва B (Corg = 0,94, при 63% песка, 20% пыли и 17% глины);
• почва C (Corg = 2,01, при 33% песка, 29% пыли и 38% глины).

Образцы отбирали через 1 час, 2, 4, 8, 16, 32, 64 и 96 дней после применения гербицида. На основании результатов строилась кривая распределения метазахлора (зависимость концентрации от времени) (рис. 1).

Скорость разложения гербицида существенно зависела от типа почвы. Самое медленное разложение наблюдалось в песчаной почве В с низким содержанием органического углерода (Corg=0,94) и глинистой фракции (17%). Более быстрая деградация происходила в более тяжелых почвах А и С, содержащих более 2% органического углерода. В силу того, что почва А содержала наибольшую долю глинистых частиц (51%), метазахлор в ней распался быстрее всего. Спустя 96 дней после использования гербицида в пробах были обнаружены остатки метазахлора на уровне: 3,8% от начальной концентрации в почве А; 14,2% — в почве B и 7,8% — в почве C.

Другие аналогичные исследования также подтверждают, что ход и скорость этого процесса зависят от гранулометрического состава почвы и содержания в ней органического вещества (Allen R., Walker A., 1987; Kucharski M., Sadowski J., 2009).

На основе уравнений, описывающих кривые, был рассчитан период полураспада (DT₅₀) метазахлора в почвах. В почве с самым высоким содержанием органического вещества и глинистых частиц период полураспада составлял 22 дня. Снижение содержания в почве этих составляющих приводило к увеличению периода полураспада гербицида.

На основании результатов исследований, собранных Европейским комитетом по безопасности пищевых продуктов (EFSA), был сделан вывод, что метазахлор относится к веществам с низкой и средней устойчивостью в почве. Однако на песчаных почвах отмечены экстремальные случаи, когда значение DT₅₀ превышало 300 дней.

Основную роль в разложении д.в. гербицидов играют почвенные микроорганизмы. Исследования показали, что если гербициды постоянно используются в рекомендуемых дозах, они не оказывают отрицательного влияния на почвенную среду (Przybulewska K. и др., 2007, 2008; Rola H., 2000, 2004). Наблюдаемые изменения в численности отдельных групп почвенных микроорганизмов, как правило, являются временными и через некоторое время исходное количество микрофлоры восстанавливается.

На почвах, богатых органическим веществом, гербициды распадаются быстрее, что снижает их остаточные количества к уборке урожая. Напротив, на низкоплодородных почвах с высокой долей песчаной фракции наблюдается более медленное разложение гербицидов. На легких почвах гербицид быстрее проникает вглубь почвенного профиля, вплоть до грунтовых вод. Это означает, что в пахотном слое (в зоне доступности корневой системы растения) остатки д.в. очень малы (как в почве, так и в культуре).

На тяжелых почвах молекулы д.в. гербицида адсорбируются частицами почвы и становятся малодоступными для растений.

Более высокая температура и достаточная влажность почвы ускоряют разложение гербицида, снижая его остаточные количества (Sadowski J. и др., 2010; Kucharski M. и др. 2006). Определенные климатические условия ускоряют химическое разложение, а также способствуют развитию микроорганизмов, участвующих в биологическом разложении препаратов.

В модельном опыте Sadowski J. и др. (2010) наиболее быстрое разложение флуазифопа наблюдалось при самой высокой влажности почвы (90% от максимальной влагоемкости). Различия в DT₅₀ этого вещества в зависимости от влажности почвы достигали 37 дней. Период полураспада при влажности почвы 20% от максимальной влагоемкости составлял 54 дня, при влажности 60% — 29 дней, при влажности 90% — всего 17 дней.

Через 82 дня после применения гербицида не обнаружено никаких его остатков в почве с влажностью 90%. Аналогичные результаты были получены другими исследователями, изучавшими разложение пропизамида, метрибузина и линурона. Период полураспада этих соединений в почве при 20 °С и влажности 50% от максимальной влагоемкости для пропизамида составлял 35 дней, для метрибузина — 36 дней и для линурона 74 дня, а при снижении влажности до 20% DT₅₀ увеличивался соответственно до 90, 97 и 142 дней.

Срок внесения гербицида в посевы озимых культур оказывает существенное влияние на скорость его разложения. После внесения осенью в начальный период роста растений подавляющее большинство препарата попадает в почву. Пока температура почвы остается достаточно высокой, деградация д.в. гербицида происходит относительно быстро. Зимой, когда температура почвы снижается, жизнедеятельность микроорганизмов тормозится и разложение гербицида прекращается. При прогревании почвы весной активность почвенных микроорганизмов возрастает и процесс разложения гербицида снова ускоряется.

Если сравнивать динамику распределения одного и того же д.в. гербицида, вносимого весной и осенью, можно отметить, что гербицид, внесенный осенью, разрушается медленнее, чем используемый весной. Это связано с тем, что в поздний осенний и зимний периоды разложение прекращается, но в это время молекулы д.в. поглощаются частицами почвы. Это и затрудняет доступ к ним микроорганизмов весной. В этом случае, несмотря на гораздо более ранние сроки применения гербицида, его остатки к периоду уборки урожая существенно не отличаются.

Срок применения гербицидов может менять уровень их остаточных количеств в почве, однако основным фактором, определяющим выбор соответствующего срока, является эффективность против сорняков.

Не менее важным фактором, определяющим допуск гербицида к использованию, является его способность проникать глубоко в почвенный профиль. Вещества, которые легко и быстро перемещаются в почве, представляют угрозу для грунтовых вод, которые часто являются источником питьевой воды.

На скорость и процесс разложения гербицидов в почве влияет также присутствие других химических веществ, уже находящихся в почве или используемых в комбинации с гербицидом. Сюда относятся фунгициды, инсектициды, другие гербициды, удобрения и вспомогательные вещества. Взаимное влияние отдельных соединений на остатки гербицидов разнообразно. Многими исследованиями доказано, что совместное применение гербицидов с адъювантами тормозит их разложение и увеличивает остатки д.в. в почве.

В полевых опытах с озимым рапсом оценивали влияние 3-х типов адъювантов на передвижение метазахлора по профилю почвы (Kucharski M., 2011). Было установлено, что их добавление замедляло передвижение гербицида в почве. До наступления зимы (спустя 14 недель после обработки гербицидом) остаточные количества д.в. в самом глубоком слое почвы (31-50 см) присутствовали только в образцах тех участков, где использовался один метазахлор (табл. 1). Во время уборки урожая рапса (46 недель после обработки без адъюванта) остатки метазахлора в самом глубоком слое почвы составляли 0,0012 мг/кг, в то время как с участков, где гербицид использовался с масляным адъювантом, остатки метазахлора не обнаруживались.

Полевые и лабораторные опыты показывают, что добавление адъюванта замедляет процесс разложения в почве многих действующих веществ гербицидов: пропизахлора, метамитрона, метазахлора, хлоридазона, ленацила, этофумесата, фенмедифама дифлуфеникана. Этот процесс изменяется в зависимости от д.в. и типа адъювант, а также от условий, в которых проводились опыты: теплица или поле (Kucharski М. и Sadowski J., 2004, 2008, 2011, 2012).

Адъюванты чаще всего используются в послевсходовых (листовых) обработках. Все большее значение приобретает добавление адъювантов к почвенным гербицидам. Установлено, что добавление адъюванта снижает подвижность гербицидов в почвенном профиле, что может вызвать увеличение их остатков в пахотном слое (Kucharski М. и Sadowski J., 2007). С другой стороны, скорость разложения многих действующих веществ в верхнем слое почвы зависит от погодных условий (более высокая температура и влажность почвы способствуют более быстрому разложению).

Совместное внесение с масляными адъювантами замедляет движение метамитрона в более глубокие слои почвы, что удлиняет время воздействия на сорняки, повышает эффективность гербицида и увеличивает остатки метамитрона в поверхностном слое почвы. Однако добавление адъюванта из группы ПАВ не оказывает значительного влияния на гербицидную эффективность и концентрацию остатков метамитрона в почве (табл. 2).

При определении влияния многокомпонентных гербицидов и баковых смесей на распределение метамитрона было доказано, что в смеси Голтикса 700 SC с Бетанал Прогресс AM 180 EC (фенмедифам + десмедифам + этофумесат; рис. 3, вариант B) разложение метамитрона замедлилось. Период полураспада увеличился на 4 дня по сравнению с участком, где метамитрон использовался один (вариант A) (DT₅₀ = 19 дней). Использование метамитрона в составе многокомпонентного гербицида (Бетанал Кватро 380 SE) (вариант C) ускорило разложение этого вещества по сравнению с участком, где метамитрон использовался один, а период полураспада составил 17 дней.

Агротехнические приемы, состав почвы и погодные условия влияют на скорость распределения и распада гербицидов и могут быть причиной накопления их остаточных количеств в почве. Соблюдение рекомендаций производителей средств защиты растений, а также регламентов возделывания культур существенно снижает риск загрязнения почвы химически активными веществами.

Подготовлено по материалам иностранных источников. Список литературы находится в редакции.