Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. ГЕРБИЦИДЫ КАК СОВРЕМЕННЫЙ АТРИБУТ НАПРАВЛЕННОЙ БОРЬБЫ С СОРНЯКАМИ В РАСТЕНИЕВОДСТВЕ 17
1.1. Гербицидная нагрузка на компоненты агроэкосистемы и пути её регулирования 17
1.2. Основные процессы, характеризующие поведение гербицидов в компонентах агроэкосистемы 29
1.3. Формализованное описание поведения гербицидов в агроэкосистеме 64
ГЛАВА 2. КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ И МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭКОЛОГИЧНОГО ПРИМЕНЕНИЯ ГЕРБИЦИДОВ 83
2.1. Общие положения оценки поведения гербицидов 83
2.2. Комплексные индексы, характеризующие экологическую безопасность гербицидов 106
2.3. Систематизация и структурирование мониторинговой информации поведения гербицидов в агроэкосистеме 112
2.4. Концепция эколого-токсикологической оценки современных гербицидов 114
ГЛАВА 3. УСЛОВИЯ И МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ 126
3.1. Объекты исследования 128
3.2. Методы физического моделирования 141
3.3. Методы контроля и индикации остаточных количеств гербицидов в агроэкосистеме 150
3.4. Методы математического моделирования 162
3.5. Метеорологические показатели за период исследований 170
ГЛАВА 4. КОМПЛЕКСНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПОВЕДЕНИЯ ГЕРБИЦИДОВ В АГРОЭКОСИСТЕМЕ 178
4.1. Миграционная способность сульфонилмочевинных и имидазолиноновых гербицидов в разных почвенно-климатических условиях 179
4.2. Особенности процесса деградации сульфонилмочевинных и имидазолиноновых гербицидов в агроэкосистеме
4.3. Гербицидная активность сульфонилмочевинных и имидазолиноновых гербицидов 236
4.4. Эффективные приемы в борьбе с загрязнением агроэкосистемы токсическими остатками гербицидов 271
4.5. Дифференциация вклада факторов, определяющих поведение гербицидов 277
ГЛАВА 5. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОВЕДЕНИЯ ГЕРБИЦИДОВ В АГРОЭКОСИСТЕМАХ 280
5.1. Эмпирические модели и их возможности 282
5.2. Механистические модели и их возможности 303
5.3. Сравнительный анализ адекватности математических моделей разного уровня для описания поведения гербицидов в почве 312
ГЛАВА 6. АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ГЕРБИЦИДОВ 317
6.1. Межвидовая конкуренция сорных и культурных растений в агрофитоценозе в условиях Нечерноземной зоны 317
6.2. Химический метод регулирования структуры сорного ценоза 327
6.3. Комбинированная эколого-токсикологическая оценка гербицидов в посевах культур для оптимизации регламентов их применения 354
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 363
РЕКОМЕНДАЦИИ СПЕЦИАЛИСТАМ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА, НИУ И ВУЗОВ 367
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 369
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Описание возможностей информационно-поисковой системы и специализированной базы данных «Гербицид 1999-2005» 398
- Гербицидная нагрузка на компоненты агроэкосистемы и пути её регулирования
- Комплексные индексы, характеризующие экологическую безопасность гербицидов
- Методы физического моделирования
Введение к работе
В процессе научно-технического развития прогресс в технологии постоянно расширяет возможности воздействия на природную среду, а экономика и экология должны их сужать до рациональных пределов.
Усиление антропогенных воздействий на почвенный покров планеты принципиально меняет масштабность, направленность и алгоритм его эволюции. Водные и химические мелиорации, внесение высоких доз минеральных удобрений и пестицидов, механические воздействия техники, новые культуры и сорта существенно влияют на свойства и режимы почв, в том числе на баланс и круговорот элементов. Одним из последствий этого является вторичная геохимическая дифференциация на разных уровнях организации педосферы. Интенсификация земледелия приводит к аккумуляции одних и потере других не только питательных, но и балластных, и потенциально токсичных элементов, а также меняет их профильное распределение.
Контролирование содержания элементов питания в корнеобитаемом слое почвы и оперативное устранение отклонений стали ключевой задачей. Ее сложность усугубляется индивидуальными особенностями отдельных почвенных таксонов и типов агрофитоценозов. Поэтому все большая дифференциация технологий применительно к специфике конкретных условий произрастания - это генеральная линия современного земледелия, хотя на начальных этапах химизации еще можно было ориентироваться на усредненные зональные системы применения химических средств защиты растений (ХСЗР) - удобрения, пестициды и др. В основе интенсивных технологий возделывания культур - сохраненный урожай.
В среднем за период с 1996 по 2002 гг. общие потери урожая от вредных организмов (вредители, возбудители болезней и сорные растения) оцениваются суммой 101,6 млн. т в пересчете на зерновые единицы на 221564 млн. руб. (табл. 1.1). Однако оптимизация условий роста и развития культурных растений складывается из нескольких противоречивых критериев - максимализация урожая, повышение его качества, сокращение удельных затрат удобрений на единицу продукции, снижение экологического риска и пр. Иерархия этих критериев меняется в широком диапазоне в зависимости от конкретных условий. По инерции на практике результативность применения ХСЗР оценивают по дополнительному урожаю (или текущей прибавке урожая), реже - дополняя показателями его качества (Теоретические основы и пути регулирования плодородия почв, 1991). В работе академика Глинки К.Д. (1921) отмечено, что обработка почвы и
всякая ее мелиорация до известной степени аналогичны воспитанию или лечению (цитата по Глазовской, 1972). В связи с этим окультуривание почв, наряду с всё большей дифференциацией технологии по почвенным типам (вьвделам) позволяет свести к допустимому минимуму элемент неопределенности в конечном эффекте систем применения ХСЗР.
Таблица 1.1. Потенциальные потери урожая от вредных организмов в России за 1996-2002 гг.
(*млн. тонн зерновых единиц)
Примечание: поданным ЗахаренкоВ.А. (2003)
В последние годы в исследованиях стали широко применять принцип многокритериальности, который предполагает учет большого числа показателей (сохраненный урожай и его качество, экономическая эффективность, экологическая безопасность и др.). Безусловно, их значимость варьирует в зависимости от типов почв, агрофитоценозов и пр. Например, опасность загрязнения грунтовых вод определяется фильтрационными свойствами почв и режимом увлажнения, антропогенное загрязнения верхних слоев гумусово-аккумулятивного горизонта - механическим и минералогическим составом и т.п.
Одним из важных приемов повышения урожайности сельскохозяйственных культур является регламентированная борьба с сорняками с использованием химического метода, основанного на применении гербицидов. Потери от сорняков оцениваются в России в 10,3 % от потенциального урожая (Соколов, Монастырский, Пикушова, 1994) и 17-26 % в зависимости от культуры (Захаренко, 2003). В общей структуре эффективности мероприятий доля гербицидов сравнительно невелика, и не превышает 5-7%. Но в среднем за ротацию зернопропашного севооборота энергосодержание дополнительного урожая, полученного за счет применения гербицидов, составляет 21,6-24,1 тыс. МДж/га по
сравнению с энергетическими затратами на агротехнику (механическая обработка) почвы 1,01-3,70 тыс. МДж/га (Пупонин, Захаренко, 1997).
Ассортимент препаратов для химической защиты растений систематически обновляется во всем мире (Moyer, Esau, 1996; Munier-Jolain, Chauvel, Gasquez, 2002: малоэффективные заменяются более эффективными и/или (при сохранении одинакового уровня эффективности) - экологичными. В списке современных гербицидов, разрешенных к применению в РФ (Список пестицидов ..., 2004 г.) свыше 25% действующих веществ (д.в.) представлены соединениями, относящимися к классу производных сульфонилмочевины и имидазолинона. Эти соединения характеризуются высокой избирательностью, относительно малыми эффективными дозами, низкой токсичностью для теплокровных, умеренной персистентностью в почве. Их применение позволило снизить общий тоннаж и нормы расхода препаратов на 1-2 порядка.
Однако присутствие пестицидов в окружающей среде превратилось в постоянно действующий экологический фактор. Важность этой проблемы в рамках экологического мониторинга подтверждают многие факты. Согласно результатам 834670 тестов по остаточным количествам 147 пестицидов, проведенным в 1996 г. Инспекторатом по питьевой воде Великобритании (Улучшение качества питьевой воды в Великобритании, 1997), превышение МДУ остаточных количеств изопротурона отмечено в 100 случаях (более чем в 1% проб), атразина - в одном случае (в 1995 г. - в 17), симазина - в 6 (в 1995 г. - в 12).
В ряде случаев это связано с технологическими нарушениями - завышенные нормы расхода, плохо отлаженная техника и пр., но, главная причина - недостаток информации о поведении этих ксенобиотиков в элементах агроландшафта, недооценка их возможного фитотоксического последействия на чувствительные культуры севооборота и нецелевую биоту. Поведение гербицидов широко варьирует и зависит от свойств почвы, температурно-влажностного режима, ботанических особенностей индикаторного растения, агротехники, практики земледелия и пр. (Blumhortst, Weber, Swain, 1990; Krauz, Kapusta, Matthews, 1994; Балакшина, Кононов, 1998; Баздырев, 2001) Успешное применение гербицидов на посевах культур складывается из эффективного действия в год применения и минимального последействия на последующие культуры севооборота через 1-2 года после его применения. Для успешного применения и внедрения новых гербицидных препаратов для регулирования сорной растительности требуются комплексные исследования в условиях лабораторного, вегетационного и полевого эксперимента.
Например, при тестировании нестойких соединений (фосфорорганические соединения, дикамба и пр.) особенно полезна информация по их поведению в течение вегетационного сезона полученная аналитическими методами. В результате рассчитывают характеристики поведения гербицида - скорость деградации, коэффициенты подвижности, показатели сорбции и т.д.
Для гербицидов стойких в почве (пиклорам, атразин и т.д.) особенно важна информация о токсиколого-гигиенических характеристиках д.в. (ПДКф, ЭД50 и др.), которые определяют уровень фитотоксичности почвы или остаточного отрицательного последействия для культур севооборота (т.е. влияние сохранившихся в среде остатков гербицида на состояние культурных растений, почвы и степень засоренности посева следующего года после применения).
Поэтому получение эколого-токсикологических характеристик новых гербицидных препаратов актуально и необходимо для обоснования агроэкологического мониторинга и прогноза, для решения задач экспериментального и математического моделирования, для научно обоснованного и рационального (эффективного и экологичного) применения их в агроэкосистемах.
Цель исследований заключалась в разработке методологических основ мониторинга сульфонилмочевинных и имидазолиноновых гербицидов и обосновании их рационального применения в агроэкосистеме. Для ее достижения предстояло решить следующие задачи.
Изучить особенности поведения гербицидов в почвах разных типов в зависимости от экофакторов.
Оценить эффективность гербицидов и их фитотоксическое последействие.
Оценить потенциальную экологическую опасность гербицидов для элементов агроэкосистемы.
Формализовать кинетические закономерности динамики содержания и миграции гербицидов в подсистемах «почва-вода» и «почва-растение» для реализации экологического прогноза.
Разработать научно обоснованную методику последовательного тестирования поведения гербицидов в агроэкосистеме с помощью математических моделей разного уровня сложности.
Создать информационно-поисковую систему на основе реляционной модели данных агроэкологического мониторинга агроценоза.
Изменение ассортимента химических средств защиты растений, и в первую очередь, использование новых классов гербицидов, требует более совершенных подходов к оценке их взаимодействия с компонентами агроэкосистемы, прогнозирования их эффективности и возможных негативных последствий. Научная новизна работы состоит в следующем.
Дано теоретическое и экспериментальное обоснование методам и критериям дифференцированной оценки поведения гербицидов - их персистентности, подвижности и фитотоксичности в агрофитоценозе.
Разработаны методологические основы информационно-поисковых систем с целью унификации и систематизации справочной и экспериментальной информации по поведению гербицидов, используемых в практике растениеводства.
3. Предложен поэтапный метод тестирования д.в. - гербицидами препарат по критериям
технической, хозяйственной и экономической эффективности и экологичности.
Предложены физически обоснованные модели поведения гербицидов, с помощью которых проанализированы сценарии поведения их д.в. в агроэкосистеме.
Стандартизированы аналитические и биологические методы индикации остатков гербицидов в объектах окружающей среды (почва, вода, элементы урожая).
6. Предложен новый показатель - коэффициент экологической нагрузки для системы
почва-растение (ЭН„.Р) и модифицирован показатель 7пдкф Для исследуемого препарата
(время, необходимое для достижения концентрации д.в. в почве, вызывающей 10% снижение массы наиболее чувствительной культуры севооборота - ЭДю или ПДКф).
Впервые выполненные комплексные исследования поведения производных сульфонилмочевины и имидазолинона определили следующие положения, выносимые на защиту.
1. Исследование методов контроля остатков гербицидов и способов математического
описания их поведения в агроэкосистеме.
2. Изучение причинно-следственных связей, предикторов уровня активности и
фитотоксического последействия гербицидов в агрофитоценозе.
3. Прогностические математические модели, описывающие поведение гербицидов в
агроэкосистеме, как неотъемлемый компонент комплексной системы оценки их
эффективности и экологичности.
Практическая ценность работы состоит в том, что разработанные и обоснованные с позиций интегрированной защиты растений способы оценки
эффективности и экологичности современных гербицидов в растениеводстве позволяют решать актуальнейшую проблему их применения - снижение химического прессинга на агроэкосистемы и сохранение потенциала самоочищения почв от загрязняющего химического вещества.
В качестве ответственного исполнителя диссертант участвовала в программах РАСХН «Разработка научных принципов создания гербицидов нового поколения с учетом ценоза сорняков и избирательности действия препаратов»; «Оценка влияния экофакторов на уровень активности гербицидов почвенного действия с целью разработки оптимальной технологии их применения в сельскохозяйственной практике»; «Разработка новых и существующих препаратов для уничтожения наркотикосодержащих растений»; по программе ЭБР «Исследования поведения пестицидов в окружающей среде в связи с оценкой их экологической опасности и риска применения» и др.
Научные разработки автора включены в практические рекомендации и нормативные документы, которые опубликованы и востребованы специалистами станций ЗР, НИУ и ВУЗов. Практические результаты законченных исследований в установленном порядке передавались в Госхимкомиссию РФ и Отделение защиты растений Россельхозакадемии. В целом основные разделы диссертации являются завершенными этапами исследований и реализуются на практике.
По результатам исследований опубликовано более 100 печатных работ, включая 4 методических указания и 3 монографии, в различных изданиях, в том числе в журналах «Агрохимия», «Почвоведение», «Плодородие», «Защита и карантин растений», «Вестник защиты растений», «Агрохимический вестник» и др.
За постоянную поддержку и консультативную помощь в проведении разных этапов работы автор выражает благодарность Ю.Я.Спиридонову, В.Г.Шестакову, М.С.Раскину, Н.В.Никитину, ЛД.Протасовой, В.С.Горбатову.
Гербицидная нагрузка на компоненты агроэкосистемы и пути её регулирования
Гербициды являются одним из наиболее эффективных химических средств борьбы с сорной растительностью в посевах культур. При насыщении севооборотов гербицидами до 100% гибель сорняков составляла 70-75% (Баздырев, Зотов, Полин, 2004). Технология возделывания всех культур Нечерноземной зоны имеет в своем составе отработанный способ применения гербицидов в посевах разных культур (Справочник агрохимика, 1980), что позволяет получать статистически значимую прибавку урожая зерна, например, озимой пшеницы от применения Линтура - до 11,3 ц/га (Ладонин, Алиев, Калинушкина и др., 1998); ячменя от применения 2,4-Д - до 7,5 ц/га (Баздырев, 1995); яровой пшеницы от применения Диалена -3,9 ц/га, Трезора - 3,7 ц/га, Базаграна - 3,8 ц/га (Лебедев, Стрижков, Захаров и др., 2003). Отмечена высокая эффективность в посевах льна-долгунца от применения баковой смеси Ленок+Агритокс+Экост - урожайность тресты составила 60,6 ц/га при высоком качестве волокна (Кудрявцев, 2004).
Существует две крайние точки зрения на использование ХСЗР. С одной стороны полностью отрицается их применение, объясняя это загрязнением окружающей среды, уничтожением полезных видов почвенной фауны, отрицательным влиянием на здоровье человека и др. Поэтому применение гербицидов является крайней мерой и без рационального сочетания с другими агротехническими приемами добиться желаемых результатов невозможно. Другая точка зрения предполагает использовать для защиты растений только химические средства, подтверждая свою убежденность экономическим эффектом их применения при возделывании культур, и считают, что ХСЗР способствуют устойчивости сельскохозяйственного производства, например, отмечено увеличение эффективности гербицидов с одновременным внесением их с минеральными удобрениями (Ладонин, Алиев, 1991; Груздев, 1988; Захаренко, 1998).
В современной практике растениеводства применение гербицидов осложняется организационно-техническими и экономическими условиями хозяйств - высокая стоимость гербицидов и ГСМ, морально устаревшая техника, низкое качество распыла жидкости в посевах культур при малых и сверхмалых дозах вносимого препарата (Абубикеров, 2006) и др.
Современная стратегия борьбы с сорной растительностью направлена на поддержание обилия сорняков на экономически безопасном уровне (применение агротехнических методов и севооборотов). Так структура посевных площадей с использованием бобово-злаковых трав (особенно одного года использования) может поддерживать обилие сорняков ниже критического уровня вредоносности. Время совместного произрастания культурных и сорных растений есть индикатор устойчивости агрофитоценозов, критерием которого служат критические (гербокритические) периоды по отношению к сорнякам. Формирование агрофитоценозов под влиянием севооборотов с различной структурой посевных площадей, временного фактора, количественных соотношений компонентов рассматривается Сутягиным В.П. (2005) в качестве понятия организационно-фитоценотического принципа формирования устойчивости агрофитоценозов. Под этим понимается роль антропогенного фактора, влияющего на критерии устойчивости (критические и экономические) в организации агрофитоценозов и реализации экологического оптимума вида. В агрофитоценозе изменением направления взаимоотношений между сорным и культурным компонентами реально влиять на организацию агрофитоценозов и формировать их строение и структуру установленных параметров без применения гербицидов. К сожалению, при возделывании льна-долгунца, кукурузы и других культур, технология не может в полной мере поддерживать обилие сорняков на безопасном уровне только агротехническими приемами.
Поэтому комплексные исследования по применению гербицидов в современной практике растениеводства позволяют решать актуальнейшую проблему их эффективности и экологичности, регулируя негативные последствия и поддерживая потенциал самоочищения почв от загрязнения. Согласно базовому документу Закону «Об охране окружающей среды» (1991), определяющему основные требования к природоохранной работе в сельском хозяйстве необходимо знать вещественный состав техногенных потоков (природа д.в.) и формы поступления химических веществ в почву. Эти условия наряду с собственно свойствами самих почв (комплекс почвенно-климатических условий) и определяют гербицидную нагрузку на агроэкосистему.
Многолетнее применение химических средств защиты растений в сельскохозяйственной практике привело в настоящее время к загрязнению почв и вод значительных территорий (Орлов, Садовникова, Лозановская, 2002; Агроэкология, 2004).
Согласно градации Глазовской М.А. (1979) судьба поступающих в почву техногенных веществ существенно различается по эффекту их воздействия на «педохимически активные» и «биологически активные». Если первые изменяют общую почвенно-геохимическую обстановку, то вторые - действуют на живые организмы. К этой второй группе, как физиологически активные органические и органо-минеральные вещества отнесены и пестициды. Множество противоречивых данных об уровнях загрязнения почв гербицидами, как в пределах природной зоны и области, так и в пределах одного и того же района, указывает на неоднородность геохимического фона. Поэтому при определении степени опасности загрязнения почв необходимо учитывать почвенные процессы, т.к. для одних почв уровень может быть уже критическим, а для других - не значительным.
Факторами, определяющими состояние и степень подвижности техногенных веществ, являются кислотно-щелочные и окислительно-восстановительные условия почвы. В почвоведении принята классификация из 12 основных почвенно-геохимических ассоциаций (табл. 1.2), которые определяют подвижность вещества, а, следовательно, и его доступность живым организмам.
Комплексные индексы, характеризующие экологическую безопасность гербицидов
Разнообразные способы выражения результатов, высокая сезонная и пространственная вариабельность биологических показателей, отсутствие унифицированных методов и условий проведения исследований, не дают возможности получить сопоставимые результаты в полевых и модельных опытах. Поэтому основным методом для решения подобной задачи является система показателей для диагностики гербицидного прессинга на агроэкосистему, как, например, экспертные оценки (подробно рассматривали в пп. 2.1-1.2).
Широко известны исследования по изучению отдельных сторон качественного состава ассортимента гербицидов - с позиций достоинства (контроль уровня засоренности, прибавка урожая) и недостатков (остаточная отрицательная фитотоксичность по отношению к культуре севооборота, загрязнение природных вод и др.). Проанализировав, имеющиеся в отечественной и зарубежной литературе методические подходы к проведению оценки поведения гербицидов в объектах окружающей среды (Helling, 1971; Воеводин, Каспирова, Петунова и др., 1981; Соколов, Стрекозов, 1975; Мельников, Волков, Короткова, 1977; Врочинский, 1981; Гончарук, Сидоренко, 1986; Использование метода биоиндикации ..., 1990; Шестопалов, Моложанова, 1991; Булохов, 1996; Агроэкология, 2004 и др.), мы убедились, что системы, позволяющей достаточно объективно оценивать достоинства и недостатки технологии применения в растениеводстве пестицидов, и в частности гербицидных препаратов не существует.
Исходя из комплексности этапов исследований (инструментальные и биологические методы, физическое и математическое моделирование) и с учетом разработанных разными авторами оценочных классификаций нами предложена оригинальная комбинированная шкала (табл. 2.23), соответствующая этапам тестирования: во-первых, для д.в. по эколого-токсикологическим показателям и, во-вторых, для гербицидного препарата (на основе д.в.) по эффективности, в том числе и с позиции возможной фитотоксичности или изменения прибыли (Піга) в результате его влияния на урожайность культуры. Отметим, что этап нормирования д.в. в объектах окружающей среды связан с превентивным и лабораторным тестированием в контролируемых условиях, а ранжирование гербицидных препаратов - с вегетационным и комплексным полевым тестированием (описание представлено в табл. 2.2). В итоге, каждому этапу тестирования соответствует набор показателей, дифференцированных на классы опасности, определяемые соответствующим баллом, благодаря чему измеренные параметры преобразуются в безразмерные величины. Чем выше сумма баллов потенциальной опасности д.в. (1Р), тем более негативно влияние гербицида на компоненты агроэкосистемы. Согласно ГОСТу 17.4.1.02-83 "Классификация химических средств по степени их опасности" выделили три группы по степени риска для окружающей среды от применения гербицидов - высоко- ( 25 баллов), умеренно- (20-24 баллов) и малоопасные ( 19 баллов).
Обратим внимание, что в разработанной нами комбинированной оценочной шкале эколого-токсикологических критериев гербицидных препаратов не включены расчетные индексы и коэффициенты, т.к. при расчетах часто используются уже упомянутые нами в показатели. В итоге мы сохранили границы точности определения критериев (Методические указания по гигиенической оценке новых пестицидов, 1964; Методические рекомендации по проведению экспериментальной проверки..., 1984; Экологический мониторинг и методы совершенствования защиты зерновых культур ..., 2002; Методические указания по контролю уровней ..., 1985; Методические указания по прогнозированию развития стандартизации ..., 1984; Гигиенические нормативы содержания пестицидов в объектах окружающей среды ..., 1997).
С помощью комбинированной шкалы эколого-токсикологической оценки провели ранжирование 68 д.в. гербицидов разных классов (табл. 2.24). Установлено, что с позиции токсичности по отношению к теплокровным животным и человеку наиболее опасны монолинурон, тебутиурон, пропахлор, а по физико-химическим показателям - дикамба, клопиралид, хлорсульфурон. В итоге, первые запрещены, а вторые рекомендованы к применению в виде комбинированных смесей с другими гербицидами хлорсульфурон+дикамба (Дифезан), клопиралид+2,4Д (Гранд), дикамба+триасульфурон (Линтур) и др.
Методы физического моделирования
В условиях лаборатории навеску (100 г) воздушно-сухой почвы обрабатывали в бумажных парафиновых стаканах 1 мл рабочего раствора гербицида в воде. После того как раствор впитывался в почву, образец тщательно перемешивали и переносили в полиэтиленовые пакеты размером 10x25 см. Образец почвы увлажняли до необходимого уровня влажности. Пакет закрывали и помещали в термостаты с заданной температурой +9, +20, +25С. Через определенные промежутки времени (1, 15, 30, 60, 90 сут. и т.д.), отбирали почвенные образцы и определяли в них остаточные количества аналитическим методом. Все опыты проводились в пяти повторностях.
Сорбционную способность почв к гербицидам изучали по степени поглощения и связывания (сорбции) гербицида почвой на основании разности содержания препарата в растворе (почва:раствор = 1:0,3; 1:0,5; 1:1; 1:5; 1:10; 1:20) до взаимодействия с почвой и после взаимодействия. Количественное определение д.в. проводили, например, для атразина спектрофотометрическим методом после гидролиза его в кислой среде (Груздев, 1992) и/или хроматографическим методом для других д.в., определяя разницу между исходной и равновесной концентрациями вещества в почве и надосадочном растворе.
В условиях вегетационного опыта выращивание индикаторных растений проводили в контролируемых условиях: влажность воздуха в камере 70%, длительность дня 16 ч, ночи -8 ч, освещенность днем 20 тыс, лк, температура днем 25С, ночью - 16С; влажность почвы поддерживали на уровне 60% ПВ путем ежедневного полива по массе каждого вегетационного сосуда водопроводной водой. Навески почвы (по 3 кг) высушивали до воздушно-сухого состояния и просеивали через сито с диаметром 2 мм. Затем одну часть почвы сохраняли как нативную (или с естественным микробиологическим фоном), другую - рассыпали в поддоне тонким слоем и подвергали жесткому ионизирующему излучению (УФ-ое облучение) в течение пяти суток при периодическом перемешивании. Подобный методический подход объясняется необходимостью максимально снизить активность почвенной микрофлоры и, одновременно, сохранить структуру почвы для нормального роста и развития растения. Готовые навески нативной и стерильной почвы обрабатывали в максимально рекомендованной к применению дозой гербицида. В подготовленную таким образом почву в условиях ЛИКа высевали семена индикаторных растений и одновременно закладывали опыты по изучению микробиологической активности почвенных образцов. Затем в образцах, отбираемых в ЛИКе (на 14 и 28 сут.) методом биоиндикации и аналитически определяли содержание остаточных количеств д.в., оценивали уровень фитотоксичности, вклад микробиологической активности почвы в процесс разложения гербицида и др. Опыты проводили в пяти повторностях.
В полевых условиях методом "конверта" из 5-7 индивидуальных проб по каждому горизонту (0-10 см, 10-20 см и т.д.) составляли смешанный образец (Спиридонов, Ларина, Шестаков, 2004). Отбор производили с делянки в шахматном порядке почвенным буром (диаметр 25 мм, объем 200-250 см). Смешанный образец подсушивали при комнатной температуре, просеивали через 2 мм сито и, поместив в полиэтиленовый пакет, хранили до анализа в морозильнике. Сроки отбора проводят на 1, 15, 30, 90, 120, 345 сут. Повторность опытов - четырехкратная.
Изучение процессов миграции (вымывания) гербицидов по почвенному профилю проводили с помощью почвенных колонок (Liu, Weber, 1985; Спиридонов, Ларина, Шестаков, 2004) и в лизиметрических экспериментах в реальных условиях поля. В контролируемых условиях изучали степень подвижности гербицидов в разных типах почвы, а в условиях поля - динамику распределения остатков гербицидов по почвенному профилю в течение вегетационного периода.
В колоночных экспериментах в условиях лаборатории использовали разборные или разъемные колонки, состоящие из отдельных трубчатых секций диаметром 10 см (рис. 3.4), высота которых составляла 5-Ю см, исходя из степени подвижности гербицида. Общая высота колонки составляла 30-40 см, что позволяло удовлетворительно имитировать количество выпадающих осадков, дозы и степень подвижности разных гербицидов. В лабораторных условиях нижний край колонки закрывали металлической сеткой, прокладывали фильтровальной бумагой и обвязывали марлевой тканью. Колонку смазывали изнутри силиконовой смазкой и набивали почвой нарушенного сложения, высушенной до воздушно-сухого состояния и пропущенной через сито с диаметром отверстий 5 мм. Очень важно соблюдать равномерность набивки, что достигалось добавлением небольших порций почвы и их равномерным уплотнением в колонке легким постукиванием по боковой поверхности. После набивки колонку в течение 72 ч оставляли в поддоне с водой для медленного насыщения ее водой (снизу вверх) и удаления воздуха. Затем колонку вынимали и в течение суток давали стечь лишней влаге под действием гравитационных сил.
