CC BY
272
УДК 574:632.95
АГРОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ФУНГИЦИДОВ И ФИТОСАНИТАРНОГО СОСТОЯНИЯ ЗЕРНОВЫХ АГОБИОЦЕНОЗОВ В УСЛОВИЯХ БРЯНСКОЙ ОБЛАСТИ
В.Ю. Симонов, к.с.-х. наук
ФГБОУ ВПО «Брянская государственная сельскохозяйственная академия»
Резюме. Исследованы: фитосанитарное состояние зерновых культур, действие современных фунгицидов на возбудителей болезней, влияние фунгицидов различных химических групп на интегральный показатель биохимической активности почвы (эмиссию СО2), количество микроорганизмов и бактерицидное действие этих фунгицидов на почвенные микроорганизмы, в частности Bacillus subtilis. Показано, что пестициды могут быть токсичными для микроорганизмов, но не оказывать влияния в рекомендованных дозах на уровень эмиссии СО2.
Ключевые слова: фунгициды, почвенные микроорганизмы, биохимическая активность почвы, бактерицидное действие, грибные заболевания сельскохозяйственных культур.
The resume. Influence fungicides various chemical groups on an integrated indicator of biochemical activity of soil (issue СО2), quantity of microorganisms and bactericidal action of these fungicides on soil microorganisms, in particular Bacillus subtilis is investigated. It is shown, that pesticides can be toxic for microorganisms, but not render influence in the recommended doses on level of issue СО2.
Keywords: fungicides, soil microorganisms, biochemical activity of soil, bactericidal action.
Введение. Изучение особенностей формирования эпифитотий основных болезней сельскохозяйственных культур Юго-Западного региона России (Брянская обл.) указывает на опасные тенденции ухудшения фитосанитарного состояния агрофитоценозов, вследствие целого ряда факторов. Большое негативное воздействие на агробиоценозы в этой связи, оказало радионуклидное загрязнение территорий. Для Брянской области и прилегающих территорий поверхностное загрязнение радионуклидами, в результате аварии на Чернобыльской АЭС, составило 8100 км, в том числе и сельскохозяйственных угодий, площадь которых в Брянской области составляет 1,8 млн.га. В то же время эти территории на протяжении последующих 10 лет не исключались из сельскохозяйственного использования. В результате развиваются процессы деградации экосистем, а мутагенный эффект радионуклидов и других ксенобиотиков приводит к изменению генетического пула. Грибы группы порядков пиреномицетов, к которому относятся и грибы порядка эризифовых, являются распространенными и вредоносными грибами-паразитами многих сельскохозяйственных культур Нечерноземья. На Брянщине известны эпифитотии мучнистой росы злаковых, бобовых, овощных, плодово-ягодных культур, фузариоза колоса, снежной плесени пшеницы, спорыньи ржи, белой пятнистости овса, меланоммоза гречихи и других, где во многих случаях не обойтись без применения средств защиты растений.
Следовательно, изучение развития и распространенности грибных заболеваний весьма актуально в настоящее время.
В условиях интенсивного сельскохозяйственного производства особую угрозу экосистемам представляют пестициды химического синтеза. Широкое применение пестицидов в сельском хозяйстве создает определенный риск загрязнения почвы вредными соединениями отрицательного воздействия биологически активных веществ на биологическую активность почвы. При этом следует отметить, что, не смотря на многочисленные экспериментальные данные, четких закономерностей при взаимодействии микроорганизмов почвы с пестицидами до сих пор не установлено.
Известно, что наиболее опасными с точки зрения отрицательного эффекта являются фунгициды, особенно препараты с широким спектром действия и длительным периодом сохранения в почве. Такие соединения могут в сильной степени подавлять развитие микроскопических грибов, бактерий, актиномицетов ризосферы, что может привести к нарушению экологического равновесия в почве.
В связи с вышесказанным исследования по изучению сравнительной токсичности современных фунгицидов для сапротрофных компонентов ризосферы, а также выявления способности ризосферы детоксицировать фунгициды, является актуальными как для получения экологически безопасной продукции, так и охраны окружающей среды.
Цель исследований - скрининг фитопатогенных грибов в зерновых агробиоценозах Брянской
области, на основании полученных данных сделать вывод о необходимости проведения фунгицидных обработок посевов зерновых культур, на примере современных химических и биологических фунгицидов провести агроэкологическую оценку их эффективности в посевах ярового ячменя сорта Гонар, выявить экотоксикологическое последействие применения фунгицидов в агробиоценозе, их влияние на микробную популяцию и биохимическую активность почвы, провести расчёт агроэкотоксикологического индекса (АЭТИ) на основании природоохранного принципа использования фунгицидов, рассчитать экономическую эффективность применения фунгицидов.
Материалы и методика исследований. Объектами исследований являлись возбудители болезней зерновых агробиоценозов, включая юго-западные районы Брянской области (Гордеевский, Красногорский, Злынковский), современные химические и биологические фунгициды, используемые в технологиях при выращивании ярового ячменя сорта Гонар, (Амистар Экстра, СК; Альто супер, КЭ; Планриз, Ж), почвенные микроорганизмы микоризной зоны зернового агробиоценоза Bacillus subtilis (Ehrenberg) Cohn. Полевые опыты с фунгицидами проводили в севообороте со следующим чередованием сельскохозяйственных культур: однолетние травы (вико-овсяная смесь) - яровой ячмень - зернобобовые (люпин) - озимые зерновые - картофель - яровая пшеница + овёс, в 2006-2009 гг. на Выгоничском госсортоучастоке Брянской области, находящийся на территории Опытного поля Брянской ГСХА (аттестат длительного опыта № 030 от 17.12.2004 года).
В наших исследованиях микологический анализ возбудителей заболеваний сельскохозяйственных культур проводили методом прямого микроскопирования патологических образцов с использованием МБИ при увел. 12,5x7 и 40x15. Для диагностики вида, некоторые изоляты выделяли в чистую культуру на сусло-агаре (СА), с последующей таксономической оценкой [1-5].
При отборе проб почвы и растений для микологического анализа на радиоактивно загрязненной территории проводили измерение мощности экспозиционной дозы гамма-излучения дозиметром ДРГ - 01 Т на высоте 1 м от поверхности почвы (мкР/ч).
Отбор образцов почвы и микробиологический анализ проводили по Д. Г. Звягинцеву (1991), учёт численности бактерий проводили путём посева различных почвенных разведений на плотную питательную среду (ГРМ-агар) (Методы экологических ..., 2000), с последующим определением рода и вида.
Для закладки опыта с фунгицидами использовался традиционный мелко-деляночный метод рендомизированных повторений (учётная площадь 15 м2) в 4-х кратной повторности. Посев выполнен сеялкой ССНП-16. Фенологические наблюдения и показатели, характеризующие структуру посевов зерновых культур, определялись по методике Госсортоиспытания сельскохозяйственных культур (1985). Для учета урожайности использовали метод сплошной уборки всей делянки комбайном Сампо-500, с дальнейшим перерасчетом урожайности на чистое зерно (100 % чистоты) и 14 %-ную влажность зерна. Влажность зерна определяли термостатно-весовым методом. Для обработки полученных данных использовался статистический метод значимости отклонения того или иного показателя [6].
Для определения токсичности водорастворимых пестицидов применяли метод почвенных дисков [7].
В опытах с чистыми культурами микроорганизмов объектами исследования служили почвенные грамположительные бактерии Bacillus subtilis (Ehrenberg) Cohn.
Одновременно с взятием 10 г почвы для анализа из средней пробы отбирают 10-20 г почвы для определения влажности, так как полученные данные можно пересчитать на 1 г абсолютно сухой почвы или воздушно сухой почвы. [8].
Кроме микробиологических методов в исследованиях использовали измерение эмиссии СО2 почвой после каждой обработки фунгицидами в период вегетации. Это интегральный показатель для оценки биохимической активности почвы на загрязнение. Измерения интенсивности дыхания почвы с 1 га (кг/ч) определяли методом Карпачевского - это объёмный метод определения количества диоксида углерода по связыванию его щелочью [9].
Физико-химические и агрохимические свойства почв определяли по общепринятым методикам: рН солевой вытяжки потенциометрически (Минеев, 2001); гумус по методу Никитина с колориметрическим окончанием по Орлову-Гриндель; обменный калий и подвижный фосфор по методу А.Г. Кирсанова [10].
Комплексная экономическая оценка включала производственные экономические показатели технологии выращивания ярового ячменя сорта Гонар, включая стоимость затрат на
использование фунгицидов.
Статистический анализ проводился с использованием средств пакета Microsoft Office 2010,
Straz.
Результаты исследований и их обсуждение. В последние годы фитосанитарная ситуация на посевах сельскохозяйственных культур резко ухудшилась. Увеличилась засоренность, характер чрезвычайных ситуаций приобретают вспышки массовых размножений мышевидных грызунов, саранчовых, лугового мотылька, участились эпифитотии бурой ржавчины, септориоза, фузариоза колоса зерновых культур, фитофтороза картофеля, парши яблони, белой и серой гнилей подсолнечника. В условиях спада сельскохозяйственного производства, дефицита финансов, горюче-смазочных материалов, удобрений и высококачественных семян проблемы защиты растений невольно отходят на второй план, что в конечном итоге приводит к существенным потерям урожая от вредных организмов и снижению его качества. В среднем потенциальный недобор урожая от комплекса вредителей, болезней растений и сорняков составляет на зерновых культурах 25 %, овощных и плодовых - 29, сахарной свекле - 24,5, картофеле -31,5 %.
Болезни зерновых культур
В бур. лист. рж. на ОЯШ1
■ бур. лист, рис на яровь
□ мучн.роса на о-ноолх
□ мучн.роса ня яровых
■ с атторнея ня о ничьи
□ септориоз ня яровых
□ рННХОСПОрНО? I ■ pHHXOCHOpllOl ня яровых
□ темно-бурая
□ красно-бурая
■ фугарноз колоса
■ карликовая ржяичння
И корончатая ржавчина
Рис 1. Процент распространения болезней зерновых культур Брянской области (в среднем за 2006 - 2010 годы)
Наименьшие значения по распространенности от 0 до 20 % имеют фузариоз колоса и корневые гнили, от 20 до 40 % чернь колоса, ринхоспориоз на яровых, карликовая ржавчина, стеблевая ржавчина ржи, мучнистая роса на яровых, септориоз на яровых.
Распространение от 40 до 50 % имеют следующие болезни: ринхоспориоз на озимых, бурая листовая ржавчина на яровых. Болезни более 50 % распространения можно поставить в следующем порядке по возрастанию: септориоз на озимых - мучнистая роса на озимых - бурая листовая ржавчина на озимых - гельминтоспориоз - красно-бурая пятнистость - корончатая ржавчина - темно-бурая пятнистость.
17,6
15 I I 15,3
П 11 г
Рис 2. Процент развития болезней зерновых культур Брянской области (в среднем за 2006 - 2010
годы) (по фузариозу колоса данных нет) По нарастанию процента развития болезней можно построить следующий ряд: карликовая ржавчина -корневые гнили - чернь колоса - ринхоспориоз на яровых - бурая листовая ржавчина на яровых - мучнистая роса на яровых - септориоз на яровых - темно-бурая пятнистость - бурая листовая ржавчина на озимых -мучнистая роса на озимых - ринхоспориоз на озимых - септориоз на озимых - красно-бурая пятнистость -гельминтоспориоз - стеблевая ржавчина ржи - корончатая ржавчина.
Анализ данных распространения и развития болезней показывает наличие эпифитотий у большинства болезней зерновых, как на озимых, так и яровых культурах. На основании чего нужно обратить внимание на прогноз распространения и степень поражения этими вредными объектами и дальнейшей борьбе с ними, не ограничиваясь применением только химическими мерами борьбы, а в комплексе с биологическими, агротехническими и другими приёмами. На основании данных о развитии и распространения болезней в наших исследованиях была проведена агроэкологическая оценка фунгицидов.
Биологическая эффективность двукратного применения фунгицидов в посевах ярового ячменя
70
60
50
40
30
20
10
30
25
20
5,1
5 14,5
Изучение патогенеза семенной инфекции ячменя показало, что к числу наиболее вредоносных болезней относятся фузариоз и «чёрный зародыш». Они вызывают существенное ухудшение свойств и посевных качеств семян, снижают энергию прорастания, всхожесть, ингибируют рост и развитие проростков, и их корневую систему (Сахибгареев, 2005; Марченкова, 2006).
Формирование корневой системы находится в непосредственной связи с формированием наземных органов в растении и ассимиляционной деятельностью листьев. Подавление ассимиляционной деятельности листьев вызывает сильное подавление нарастания общей длины и поверхности корней и наоборот. Следовательно, защита нужна не только наземным, но и подземным органам растений (Минеев, 2006).
Возбудители фузариозной гнили - несовершенные грибы [пор. Гифомицеты - Hyphomycetales, род Fusarium (F. culmorum Sacc., F. avenaceum Sacc., F. oxysporum Schlecht)]. Возбудитель чёрного зародыша -несовершенный гриб Bipolaris sorokiniana Shoem. (син. Helminthosporium sativum P., К. et В.).
Варианты по увеличению снижения процента развития темно-бурой пятнистости и корневой гнили в среднем за 3 года можно расположить в следующий ряд: вариант 1. Контроль - вариант 4. Планриз, Ж -вариант 3. Альто супер, КЭ - вариант 2. Амистар Экстра, СК.
Разные пестициды обладают различной физиологической активностью по отношению к растениям. В зависимости от свойств препаратов, доз, способов и условий применения они могут оказывать либо стимулирующее, либо фитотоксическое действие.
Варианты
Рис. 3. Процент развития болезней ярового ячменя за весь период вегетации (в среднем за 3 года)
Стимулирующее действие пестицидов может проявляться в лучшей всхожести семян, в повышении энергии роста, ускорении развития, увеличении накопления сухого вещества, повышении урожая растений и улучшении его качества. Оно может быть вызвано непосредственно прямым воздействием пестицидов на обмен веществ культурного растения или косвенно в связи с уничтожением вредных организмов, препятствующих нормальному развитию растений.
Способность пестицидов оказывать токсическое воздействие на растение называется фитотоксичностью. К широко распространенным симптомам относятся также ожоги, хлорозы и опадение листьев, образование стерильной пыльцы, опадение завязей, нарушение нормального плодообразования, разрастание отдельных органов и тканей, искривление стеблей, угнетение роста и развития, нарушение обмена веществ, снижение урожая, ухудшение его качества и наличие остатков пестицидов в урожае.
Признаки фитотоксического действия характерны для отдельных по химическому составу групп пестицидов. В целом пестициды обладают большим избирательным действием по отношению к защищаемым растениям, что и позволяет применять их для защиты от вредных организмов.
В наших исследованиях после применения фунгицидов установлено изменение биометрических показателей ярового ячменя сорта Гонар, которые представлены в таблице 1.
1 - Фенологическая динамика развития ячменя после I (колошение) и II (налив зерна) опрыскивания фунгицидами
Варианты
Показатели
Фитомасса надземная, г/м2 Фитомасса подземная, г/м2 Количество растений на 1 м2 Средняя высота растений, см
Опрыскивание
I II I II I II I II
2006 год
1. Контроль (без фунгицида) 2725 2044 49 78 376 370,0 88 79
2. Амистар Экстра, СК 2785 2326 52 94 321 317,0 88 86
3. Альто супер, КЭ 2495 2430 47 84 364 361,0 85 80
4. Планриз, Ж 2645 1958 49 78 357 348 83 78
НСР0,05 217 108 3 12 22 43 7 9
2007 год
1. Контроль (без фунгицида) 1438 1271 53 87 304 265 68 67
2. Амистар Экстра, СК 2243 2328 75 132 300 289 82 74
3. Альто супер, КЭ 1605 1504 49 87 309 270 76 69
4. Планриз, Ж 1483 1459 55 88 298 262 74 67
НСР0,05 83 63 8 19 31 47 5 8
2008 год
1. Контроль (без фунгицида) 3125 3475 65 51 297 290 90 102
2. Амистар Экстра, СК 3790 3960 84 71 336 332 94 97
3. Альто супер, КЭ 3450 3615 70 59 316 308 91 99
4. Планриз, Ж 3270 3520 65 57 315 299 93 97
НСР0,05 60 33 2 2 11 4 8 9
Из полученных данных можно сделать следующий вывод: вариант 2. Амистар Экстра, СК по увеличению надземной фитомассы (г/м2) за 3 года занимает первое место; на втором месте вариант 3. Альто супер, КЭ по сравнению с контролем. Вариант 4. Планриз, Ж существенно не отличается от контроля в 2006 году, в последующие годы имеет существенную разницу и занимает последнее место в отличие от химических фунгицидов.
По показателю фитомасса подземная (г/м2) существенные различия наблюдаются у варианта 2. Амистар Экстра, СК за весь период исследований. У остальных вариантов фитомасса подземная существенно отличается от контроля лишь в 2008 году.
Закономерности изменения других показателей (высота растений, количество растений на 1 м2) не отмечается.
Урожай - конечный параметр развития растений, отражающий интенсивность протекания ростовых и продуктивных процессов на протяжении вегетационного периода. Высокая продуктивность базируется на генетических особенностях онтогенеза растений данного вида и сорта и зависит от конкретных географических и экологических условий, в которых они выращиваются.
фунгицида) СК
Варианты
Рис. 4. Урожайность ярового ячменя сорта Гонар в среднем за 3 года
Урожайность ярового ячменя в среднем за годы исследований была наиболее высокой с применением в период вегетации фунгицида - амистар экстра, на втором месте стоит третий вариант - с применением фунгицида альто супер и на последнем месте четвёртый вариант с обработкой - планризом.
Анализ парных коэффициентов корреляции в среднем за 2006-2008 гг. показывает, что между урожайностью и развитием темно-бурой пятнистости, корневой гнили выявлена обратная сильная связь (г = -0,99; г = -0,95). Характер связи между развитием темно-бурой пятнистости и корневой гнили выявлена прямая сильная связь (г = 0,96).
Экотоксикологическая оценка применения испытанных фунгицидов
Важным показателем устойчивости агробиоценозов в мероприятиях по защите растений является последействие пестицидов. Считается, что главными показателями являются скорость разрушения (полураспад Т50) начального количества или их накопление (ПДК) в почве. В тоже время, они могут быть экотоксикантами для почвенной биоты, в том числе и микробиоты.
Разложение (распад) органических материалов - один из наиболее интегрированных процессов в почвенных экосистемах. В нём участвуют организмы из множества разных таксономических и функциональных групп. Пестициды способны нарушать сложившиеся консортивные и трофические связи между обитателями почвы. Большая концентрация токсикантов пагубно влияет на жизнедеятельность самых различных почвенных организмов. Насыщение почвы пестицидами часто приводит к тому, что она при этом утрачивает способность к самоочищению от болезнетворных и других нежелательных микроорганизмов. А это может иметь неблагоприятные последствия для человека, растительного и животного мира.
Поступление пестицидов в почву, в том числе и фунгицидов, действующих на активность микробиологических процессов, реально угрожает почвенному плодородию и качеству сельскохозяйственной продукции. В связи с этим необходимо анализировать сдвиги равновесия в микробиоценозах почвы, предвидеть характер и степень возможного действия новых пестицидов на почвенную микробиоту и осуществляемые ими процессы. Изучение действия отдельных ядохимикатов на жизнедеятельность и физиологическую активность некоторых групп микроорганизмов, а также закономерностей устойчивости видов или иных сообществ в условиях применения пестицидов позволит выработать меры, обеспечивающие противодействие пестицидным изменениям в экосистемах и практическое использование микроорганизмов с целью повышения урожайности растений.
Действие фунгицидов на интенсивность дыхания почвы
Почвенный воздух имеет большое значение для почвенных процессов и роста растений. Он участвует в химических и биохимических процессах, протекающих в почве, оказывает влияние на окислительно-восстановительные условия в почве, её реакцию и растворимость химических компонентов. Почвенный воздух важен для углеродного питания растений (более половины углекислого газа, идущего на формирование урожая сельскохозяйственных культур, потребляется растениями из почвы). Его состав изменяется во времени и по профилю почвы, зависит от внесения органических и минеральных удобрений, вида растений, биологической деятельности почвы, гидротермических условий и т.д.
В результате биологических процессов в почве поглощается кислород и выделяется углекислый газ, который идет на образование безазотистых органических веществ - углеводов: 6СО2 + 6Н2О + 674 ккал - СбН^Об + 6О2.
Выделение углекислого газа из почвы в атмосферу в процессе диффузии зависит от продуцирования СО2 почвой, её физических и химических свойств, гидротермических условий. Решающая роль в продуцировании углекислого газа почвой принадлежит биологическим факторам, поэтому выделение СО2 из почвы может характеризовать интенсивность биологических процессов в ней.
В последние годы при изучении действия пестицидов на микроорганизмы в окружающей среде основное внимание уделяется анализу функций и уровня активности всей совокупности микроорганизмов. Учитывается выделение СО2 и аммиака, разложение клетчатки, накопление биологически активных веществ и т. д.
Следствием действия пестицидов на количественные изменения и снижение соотношений некоторых видов в микробных сообществах служат изменения многих биохимических процессов в почве и, по-видимому, на поверхности растений. Действие пестицидов может проявляться не столько в уменьшении численности почвенных микроорганизмов, сколько в угнетении или стимулировании их активности. При изучении воздействия 29 пестицидов на образование СО2 и процессы нитрификации почвенными микроорганизмами выявлено, что некоторые пестициды угнетают дыхание микроорганизмов и процессы нитрификации. Пестициды действуют на
оксидазное фосфорилирование микроорганизмов.
На площадях покрытых растительностью, весьма значительная часть почвенной углекислоты является продуктом деятельности корней высших растений. Таким образом, содержание С02 в почве в значительной степени зависит от количества растений.
Показатели биологической активности почвы необходимы для характеристики её как биологической системы и оценки степени её изменения под влиянием антропогенного воздействия, в особенности повреждения токсикантами и техногенными перегрузками. Вследствие биохимических превращений в почве происходят важнейшие процессы детоксикации ксенобиотиков, её самоочищения. Решающую роль в этих процессах играют ассоциации почвенных микроорганизмов, функционирующих как единое целое благодаря взаимосвязанным метаболическим реакциям. Стерилизующий эффект различных загрязнений приводит к выпадению чувствительных видов, распаду микробных ценозов, снижению биохимической активности почвы и деградации экосистем.
Известно много показателей, характеризующих различные аспекты биологического состояния почв. Для контроля за биологическим состоянием почвы важно отобрать наиболее интегральные показатели, поддающиеся инструментальному измерению и относящиеся к процессам с гомеостатическими механизмами. В наших исследованиях был использован интегральный показатель - эмиссия углекислого газа, результаты которого представлены в таблице 2.
2 - Интенсивность выделения СО2 почвой с 1 га (кг/час/га) после I и II обработки ярового ячменя (Гонар) фунгицидами
Варианты Опрыскивание Среднее за вегетационный период
первое отклонение второе отклонение
2006 год
1. Контроль (без фунгицида) 0,57 - 0,68 - 0,63
2. Амистар Экстра, СК 0,75 0,18 0,96 0,28 0,85
3. Альто супер, КЭ 0,67 0,1 0,77 0,09 0,72
4. Планриз, Ж 0,85 0,28 0,97 0,29 0,91
НСР0,05 0,08 0,08 -
2007 год
1. Контроль (без фунгицида) 0,37 - 0,48 - 0,43
2. Амистар Экстра, СК 0,55 0,18 0,76 0,28 0,66
3. Альто супер, КЭ 0,47 0,10 0,57 0,09 0,52
4. Планриз, Ж 0,65 0,28 0,77 0,29 0,71
НСР0,05 0,08 0,08
2008 год
1. Контроль (без фунгицида) 0,10 - 0,12 - 0,11
2. Амистар Экстра, СК 0,09 0,01 0,12 - 0,11
3. Альто супер, КЭ 0,10 - 0,11 -0,01 0,11
4. Планриз, Ж 0,10 - 0,15 0,03 0,13
НСР0,05 0,03 0,01
По интенсивности выделения СО2 почвой после I и II обработки фунгицидами биологический препарат 4. Планриз, Ж давал наибольшие показатели, чем химические. На втором месте идёт вариант 2. Амистар Экстра, СК и на последнем месте вариант 3. Альто супер, КЭ. Все отклонения результатов от контроля превышают наименьшую существенную разность, кроме эмиссии углекислого газа в 2008 году, где по второму и третьему вариантам существенных отклонений нет.
На интегральный показатель состояния агробиоценоза фунгициды повлияли положительно,
следовательно, данные препараты, в основном химической группы негативно влияют на определенные виды микроорганизмов, в данном случае на Bacillus subtilis.
Последействие фунгицидов на почвенные микроорганизмы в посевах ярового ячменя
Основную роль в детоксикации препаратов играют почвенные микроорганизмы. В результате их деятельности пестициды разлагаются, поскольку они, как правило, являются органическими соединениями, но в то же время сами препараты оказывают влияние на жизнедеятельность микроорганизмов, поэтому очень важно знать, какое влияние оказывают применяемые ядохимикаты на микробоценозы почв.
В природных почвенных условиях применение препаратов может принести к перестройке экологической обстановки в почве, изменению и ухудшению её биологических свойств.
Проведено большое количество лабораторных исследований по изучению влияния применяемых препаратов на размножение и их токсическое действие на почвенную микрофлору. Однако в контролируемых условиях (температура, влажность, аэрация) на искусственных питательных средах многие микроорганизмы малочувствительны к высоким концентрациям препаратов, поэтому не следует эти результаты переносить на агроэкологические условия. В естественных условиях в почве взаимодействие вносимых препаратов и микроорганизмов значительно сложнее, так как они определяются не только действием препарата, но и сложными взаимоотношениями микроорганизмов в микробоценозе и химическими свойствами почвы. Необходимо учитывать, что промежуточные продукты распада пестицидов могут оказаться более токсичными по отношению к микрофлоре почвы, поэтому очень важно уделять внимание деструкции и детоксикации пестицидов почвенными микроорганизмами.
Действие пестицидов на микрофлору почвы не может быть однозначным. Это объясняется огромным разнообразием химических веществ и их препаративных форм, разнообразием групп и видов микроорганизмов, населяющих почву, различием в почвенно-климатических условиях, в которых проводились исследования различными авторами, в биологических особенностях возделываемых культур, применении различных агротехнических приемов, степени окультуренности почв, в дозах и формах внесения минеральных и органических удобрений, сроках отбора почвенных образцов, в методах микробиологических исследований и т. д.
Применение пестицидов, главным образом гербицидов, в рекомендованных дозах в краткосрочных опытах в основном не приводит к существенным изменениям биологической активности почв. Наблюдается временное снижение численности или перегруппировка различных микроорганизмов, временное изменение интенсивности биологических процессов в почве. После применения гербицидов в краткосрочных опытах активность различных групп почвенных микроорганизмов подавляется в течение нескольких недель, а нередко и до 2-3 месяцев и восстанавливается к концу вегетации возделываемых культур. При этом различные группы почвенных микроорганизмов по-разному реагируют на внесение препаратов: угнетаются одни группы, стимулируются другие.
Существуют данные о том, что в производственных дозах пестициды часто не ингибируют, а, наоборот, стимулируют многие микробиологические процессы. Отмечено стимулирование дыхания в почве малыми дозами пестицидов.
Реакция микробной системы почвы на загрязнение проявляется в изменениях организации видового состава микробного сообщества. Для его описания используют принцип доминирования, принятый в фитоценологии. Результаты выражают синэкологической диаграммой, которая отражает внешние условия, например, фунгициды и количественное развитие отдельных популяций сообщества.
При диагностике пестицидного влияния на почву с помощью микроорганизмов выявляют четыре уровня нагрузки. Нагрузка нижнего уровня не имеет последействия, и система агробиоценоза легко возвращается в исходное состояние при элиминировании воздействия. Отрицательного влияния загрязнения на высшие организмы, как правило, не обнаруживается (зона гомеостаза).
Среднему уровню загрязнения соответствуют изменения в микробной системе почвы, выражающиеся в перераспределении степени доминирования в составе активно функционирующих микроорганизмов. Эти изменения характеризуются длительной необратимостью даже после элиминирования нагрузки. Часто обнаруживается отрицательное влияние загрязнителя на высшие организмы через стимулирование развития токсинообразующих микроорганизмов (зона стресса).
Высокому уровню загрязнения соответствуют изменения в микробной системе почвы,
выражающиеся в полной смене состава активно функционирующих организмов, т. е. в образовании нового сообщества. Эти изменения ещё большой степени характеризуются необратимостью и последействием, как правило, при таком уровне нагрузки наблюдается уже прямое отрицательное действие загрязнителя на высшие организмы (зона резистентности).
Очень высокому уровню загрязнения пестицидами соответствуют нарушения, при которых полностью исключается возможность роста микроорганизмов (зона репрессии).
В зависимости от дозы пестицидов изменения могут носить либо обратимый характер, либо закрепляться. Существенно изменяют равновесие в микробной системе при однократном внесении лишь высокие (в 100 и 1000 раз превышающие производственные) дозы пестицидов.
Испытания с помощью разнообразных почвенных тестов влияния свыше 300 пестицидов на почвенные микроорганизмы показало, что грибы угнетаются большим числом веществ, меньшими концентрациями и в течение более длительного времени, чем бактерии и актиномицеты.
В наших исследованиях после каждой обработки фунгицидами проводили подсчёт микроорганизмов на плотной питательной среде МПА и бактерицидное действие фунгицидов на почвенные микроорганизмы в чистой культуре, результаты представлены в таблице 3 и 4.
В 2006 году количество почвенных микроорганизмов Bacillus subtilis в контрольном варианте в течение вегетационного периода было постоянно. После первой и второй обработки самое наименьшее количество бактерий у варианта 2. Амистар Экстра, СК, на втором месте идет вариант 3. Альто супер, КЭ, и практически одинаковое количество бактерий с контролем имеет вариант 4. Планриз, Ж.
3 - Количество почвенных микроорганизмов Bacillus subtilis после I и II опрыскивания, тыс. шт./г почвы
Варианты Опрыскивание Среднее за вегетационный период
первое отклонение второе отклонение
2006 год
1. Контроль (без фунгицида) 180,0 - 178,0 - 179,0
2. Амистар Экстра, СК 148,3 -31,7 145,0 -33,0 146,7
3. Альто супер, КЭ 161,7 -18,3 161,7 -16,3 161,7
4. Планриз, Ж 180,0 - 178,0 - 179,0
НСР0,05 7,7 6,1
2007 год
1. Контроль (без фунгицида) 98,0 - 47,0 - 72,5
2. Амистар Экстра, СК 94,0 -4,0 30,0 -17,0 62,0
3. Альто супер, КЭ 38,5 -59,5 51,0 4,0 44,8
4. Планриз, Ж 41,0 -57,0 49,7 2,7 45,4
НСР0,05 11,0 8,2
2008 год
1. Контроль (без фунгицида) 329,0 - 370,0 - 349,5
2. Амистар Экстра, СК 265,0 -64,0 276,0 -94,0 270,5
3. Альто супер, КЭ 307,0 -22,0 526,0 +156,0 416,5
4. Планриз, Ж 315,0 -14,0 413,0 +43,0 364,0
НСР0,05 5,3 6,3
В 2007 году количество почвенных микроорганизмов Bacillus subtilis в контрольном варианте было непостоянно и изменялось в зависимости от погодных условий. После первой обработки самое наименьшее количество бактерий у варианта 3. Альто супер, КЭ, на втором месте идет вариант 4. Планриз, Ж и практически одинаковое количество бактерий с контролем имеет вариант 2. Амистар Экстра, СК, чего нельзя сказать после второй обработки препаратами этот фунгицид имеет самое наименьшее количество бактерий, а у других вариантов по сравнению с контролем наблюдается увеличение количества бактерий, но, не превышая наименьшую
существенную разность. Уменьшение количества бактерий после второго опрыскивания во втором варианте можно объяснить также исходя из лабораторных данных (табл. 4), где видно в этом варианте увеличение бактерицидного действия фунгицида на почвенные микроорганизмы (Bacillus subtilis).
В 2008 году количество почвенных микроорганизмов Bacillus subtilis в контрольном варианте увеличилось к концу вегетационного периода на 41 тыс. шт. После первой обработки самое наименьшее количество бактерий у варианта 2. Амистар Экстра, СК, на втором месте вариант 3. Альто супер, КЭ, на последнем месте идет вариант 4. Планриз, Ж. После второй обработки препаратами второй вариант также имеет самое наименьшее количество бактерий, а у других вариантов по сравнению с контролем наблюдается увеличение количества бактерий.
Из лабораторных исследований (табл. 4) можно отметить следующее: при совместном развитии в чашках Петри почвенных бактерий - Bacillus subtilis и бактерий, которые являются действующим веществом биологического препарата - Pseudomonas fluorescens не наблюдалось антагонизма, т.е. на питательной среде МПА не было зоны лизиса между колониями бактерий.
При применении химических препаратов самая большая зона лизиса при накладывании почвенных дисков на МПА с газонами B. subtilis была, как после первой обработки, так и после второй у варианта 2. Амистар Экстра, СК с действующим веществом азоксистробин + ципроконазол, на втором месте стоит вариант 3. Альто супер, КЭ с действующим веществом пропиконазол + ципроконазол (производные триазола). С увеличением интервала времени отбора почвенных дисков более 20 суток после опрыскивания бактерицидное действие фунгицидов на почвенные микроорганизмы (Bacillus subtilis) не обнаружено, что также согласуется с данными И. В. Логуновой (2003) и А. А. Ефимова (2008).
4 - Бактерицидное действие фунгицидов на почвенные микроорганизмы (Bacillus subtilis), угнетение в мм на МПА после I и II обработки ярового ячменя (Гонар) фунгицидами
Препарат Конц ентра ция, л/га Зона угнетения в мм после первой обработки, через Зона угнетения в мм после второй обработки, через
10 дней 20 дней 10 дней 20 дней
2006 год
1. Контроль (без фунг.) 0 нет нет нет нет
2. Амистар Экстра, СК 0,6 1,0 нет 0,7 0,2
3. Альто супер, КЭ 0,5 0,5 нет 0,5 нет
4. Планриз, Ж 0,5 нет нет нет нет
НСР0,05 0,1 - 0,2 -
2007 год
1. Контроль (без фунг.) 0 нет нет нет нет
2. Амистар Экстра, СК 0,6 0,8 0,3 2,3 1,0
3. Альто супер, КЭ 0,5 0,5 - 1,5 0,5
4. Планриз, Ж 0,5 нет нет нет нет
НСР0,05 0,1 - 0,2 0,2
2008 год
1. Контроль (без фунг.) 0 нет нет нет нет
2. Амистар Экстра, СК 0,6 1,0 0,3 2,0 0,7
3. Альто супер, КЭ 0,5 0,6 нет 1,0 0,3
4. Планриз, Ж 0,5 нет нет нет нет
НСР0,05 0,2 - 0,2 0,1
Рис. 5. Бактерицидное действие фунгицидов на почвенные микроорганизмы (Bacillus subtilis) в чашке Петри с почвенными дисками и кружками фильтровальной бумаги, пропитанных рекомендуемой концентрацией фунгицида Через 10 дней в чашках Петри зона лизиса между колонией микроорганизмов и окружностью фильтровальной бумаги, пропитанной
определенной концентрацией фунгицидов (Рис. 5.) достигла 1 мм у варианта 2. Амистар Экстра, СК. В варианте 3. Альто супер, КЭ зона лизиса немного
меньше 0,8 мм, следовательно, бактерицидное действие второго варианта на почвенные микроорганизмы (Bacillus subtilis) выражено сильнее.
В фунгициде Амистар экстра имеется два действующих вещества, которые относятся к разным химическим группам (производные триазола и ß-метоксиакриловой кислоты), в результате чего наблюдается синергизм, то есть увеличение экотоксикологического эффекта на почвенную бактерию Bacillus subtilis (Ehrenberg) Cohn. В отличие от Альто супер, который имеет в своём составе вещества, относящиеся к одной химической группе (производные триазола).
5 - Действие фунгицидов на почвенные микроорганизмы
Препарат Концентрация, л/га Зона угнетения на МПА в мм, через
3 дня 5 дней 10 дней
1. Контроль (без фунгицида) 0 л/га нет нет нет
2. Амистар Экстра, СК 0,6 л/га 0,2 0,5 1,0
3. Альто супер, КЭ 0,5 л/га 0,2 0,4 0,8
4. Планриз, Ж 0,5 л/га нет нет нет
НСР0,05 0,1 0,1 0,1
Таким образом, такой фунгицид обладает сильным биологическим действием на возбудителей болезней, но в тоже время может наблюдаться усиление экотоксикологического эффекта.
Экономическая эффективность применения фунгицидов
Расчет экономической эффективности выполнен на основе типовых технологических карт, а также исходя из фактического уровня цен на материально-технические ресурсы и сельскохозяйственную продукцию, сложившуюся за годы исследований.
6 - Экономическая эффективность применения фунгицидов в посевах ярового ячменя
Показатели Варианты
1. Контроль (без фунгицида) 2. Амистар Экстра, СК 3. Альто супер, КЭ 4. Планриз, Ж
Урожайность, ц/га 30,5 37,7 35,1 32,1
Прибавка урожайности, ц/га - 7,2 4,6 1,6
Стоимость валовой продукции с 1 га, руб. 10675 13195 12285 11235
Стоимость дополнительно полученного урожая, руб. - 2520 1610 560
Производственные затраты, руб./га 5693,85 7517,05 7018,95 6073,85
Дополнительные производственные затраты, руб./га - 1823,20 1325,10 380,00
Себестоимость 1ц продукции, руб. 186,68 199,39 199,97 189,22
Чистый доход с 1га, руб. 4981,15 5677,95 5266,05 5161,15
Рентабельность производства, % 87,5 75,5 75,0 85,0
Окупаемость дополнительных затрат, раз - 1,4 1,2 1,5
Чистый доход по вариантам опыта составил 5161,15-5677,95 руб./га, но наиболее высоким он оказался в варианте 2, далее в убывающем порядке варианты 3 и 4. Но чистый доход не может полностью характеризовать экономическую эффективность производства ярового ячменя, так как она зависит от производственных затрат.
В технологии, где применялись дорогостоящие химические фунгициды производственные затраты оказались выше, что понизило уровень рентабельности до 75,0 -75,5 %, по сравнению с контролем меньше на 11,5-12,0 %. В технологии, где применялся биологический фунгицид рентабельность ниже на 2,5 %, чем в контрольном варианте. С ростом производственных затрат, увеличивается и себестоимость продукции. Во втором варианте больше на 12,71; в третьем на 13,29; в четвёртом на 2,54 рублей на центнер зерна.
В условиях эпифитотийного развития болезней в интенсивных технологиях ярового ячменя применение фунгицидов является центральным звеном интегрированной защиты и требует максимального использования возможностей фунгицидов. При этом двукратное использование фунгицидов требует планирования высокой, не ниже 50 ц/га урожайности. Этот показатель
невозможно получить только за счёт фунгицидов. Применение только фунгицидов влияет на биоценотические связи в агроценозе ярового ячменя, и они нуждаются в корректировке за счёт использования других элементов защиты. Поэтому в интенсивных технологиях необходимо применять весь комплекс защитных мероприятий, включающий применение высокоэффективных гербицидов, инсектицидов.
олько в этом случае применение фунгицидов занимает свою нишу в полноте интегрированной защиты и отвечает требованиям обеспечения устойчивого состояния агробиоценоза при соблюдении экологической умеренности воздействия на окружающую среду.
Выводы. 1. Испытанные фунгициды влияют на динамику биохимической активности почвы (эмиссия СО2), но существенного отрицательного действия не оказали.
2. Выявлено, бактерицидное действие двухкомпонентного фунгицида - Амистара экстра (производный бета-метоксиакриловой кислоты и триазола) на Bacillus subtilis (Ehrenberg) Cohn. Бактерицидное действие двухкомпонентного фунгицида - Альто супер (производный триазола) выражено слабо.
3. Установлен синергизм действующих веществ Амистара экстра - это есть увеличение экотоксикологического эффекта на почвенную бактерию Bacillus subtilis (Ehrenberg) Cohn. Производные триазола (Альто супер) не оказывают подобного действия.
4. Амистар экстра обладает сильным биологическим действием на возбудителей болезней, но в тоже время может наблюдаться усиление экотоксикологического эффекта.
5. Выяснена существенная разница между биологической эффективностью опрыскивания во время вегетации фунгицидами против темно-бурой пятнистости и фузариозной корневой гнили Амистара Экстра и Альто супер. Биологическая эффективность биопрепарата Планриз была менее устойчива.
6. После первой и второй обработки за годы исследований первое место по снижению процента развития темно-бурой пятнистости занимает вариант 2. Амистар Экстра, СК; на втором месте идет вариант 3. Альто супер, КЭ и на последнем вариант 4. Планриз, Ж.
7. Снижение процента развития корневой гнили у варианта 2. Амистар Экстра, СК наблюдается существенная разница от контроля в 2006-2008 годах. Данный фунгицид в отличие от других в большей степени подавляет развитие возбудителей болезней, которые наносят вред как надземной, так и подземной частям растений, без предварительного протравливания семян.
8. Прибавка урожайности ярового ячменя в среднем за 2009-2011 годы варьировала в варианте 2. Амистар Экстра, СК - 34,5 %, в варианте 3. Альто супер, КЭ - 18,6 %, в варианте 4. Планриз, Ж - 6,8 %.
9. Установлена существенная корреляционная связь в среднем за 2009-2011 гг. между урожайностью и развитием темно-бурой пятнистости (г = -0,99) и между урожайностью и развитием корневой гнили (г = -0,95).
10. По расчёту агроэкотоксикологического индекса, применяемых нами фунгицидов, загрязнение территории характеризуется как малоопасное (АЭТИ - 0,019). Возможно увеличение пестицидной нагрузки на агробиоценоз, за счёт введения в систему защиты растений не только фунгицидов, но и других химических приёмов.
Самым эффективным фунгицидом в наших исследованиях является амистар экстра (чистый доход - 5677,95 руб.). На втором месте альто супер (5266,05 руб.) и на третьем биологический фунгицид (5161,15 руб.). Но при данной прибавке урожайности рентабельность производства уменьшается из-за высокой стоимости препаратов.
Список литературы. 1. Клинцаре, А.А. Пестициды и микрофлора растений. - Рига: Зинатне, 1983. - 168 с.
2. Минеев, В.Г. Агрохимия, биология и экология почвы / В.Г. Минеев, Е.Х. Ремпе. - М.: Росагропромиздат, 1990. - 206 с.
3. Практикум по агрохимии: Учебное пособие. - 2-е изд., перераб. и доп./ Под ред. академика РАСХН В. Г. Минеева. - М.: Изд-во МГУ, 2001. - 689с.
4. Аринушкина, Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во МГУ, 1970. -
488 с.
5. Глуховцев, В.В. Практикум по основам научных исследований в агрономии / В.В. Глуховцев, В.Г. Кириченко, С.Н. Зудилин. - М.: Колос, 2006. - 240 с.
6. Краткий определитель бактерий Берги / Под ред. Дж. Хозлта. М.: Изд-во «Мир», 1980. с. 286-288.
7. Сэги, И. Методы почвенной микробиологии / пер. с венг. И.Ф. Куренного; Под ред. и с
предисл. Г.С. Муромцева. - М.: Колос, 1983. - 296 с.
8. Лабораторный практикум по общей микробиологии / Градова Н.Б. - М.: ДеЛи принт, 2001. - 131 с.
9. Методы экологических исследований. / Т.А. Власова, Е.В. Надежкина, Е.Н. Кузин и др. -Пенза: ВЦ ПГСХА, 2000. - 229 с.
10. Методы почвенной микробиологии и биохимии / Под ред. Д.Г. Звягинцева. М.: Изд-во МГУ, 1991. 304 с.
