CC BY
12
УДК 631.461:631.445
ДОСТУПНЫЙ СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ДЕТОКСИКАЦИИ ПЕСТИЦИДОВ В ЗЕРНОВЫХ АГРОЦЕНОЗАХ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
А.А. ДАНИЛОВА, доктор биологических наук, старший научный сотрудник (e-mail: danilova7alb@ yandex.ru)
Сибирский научно-исследовательский институт земледелия и химизации сельского хозяйства, а/я 356, пос. Краснообск, Новосибирская обл., 630501, Российская Федерация
Резюме. Цель работы - определить дозы заделываемых растительных остатков, необходимые и достаточные для обеспечения детоксикации пестицида в пределах текущего вегетационного периода. На протяжении 6 лет (20082013 гг.) изучали скорость разложения гербицида Магнум (действующее вещество метсульфурон метил) в выщелоченном черноземе Приобья в многолетнем полевом опыте, заложенном в 2001 г. Опыт состоял из трех зернопаровых севооборотов (пар - пшеница - пшеница). Севообороты отличались характером использования парового поля и количеством поступавших в почву растительных остатков. В первом севообороте (вариант 1) паровое поле - чистый пар, солому пшеницы на протяжении трех ротаций сжигали (поступало 2,5 т/га биомассы в 1 г.). Второй севооборот (вариант 2) отличался от первого тем, что всю солому заделывали в почву (поступало 6,5 т/га в 1 г.). В третьем севообороте (вариант 3) паровое поле - сидеральный пар (вико-овсяную смесь заделывали в фазе цветения вики), на остальных полях солому заделывали в почву (поступало 9,5 т/га в год). При помощи фитотеста на проростках редиса установлено, что в варианте 1 за 45 дн. разлагалось 3050% от внесенного пестицида, в вариантах 2 и 3 - 50-80%. Для сравнения, в почве под бессменным паром и залежью эти величины составили соответственно 0-20 и 100%. Для повышения скорости детоксикации пестицида до уровня, достаточного для очищения почвы в пределах текущего вегетационного периода, необходимо ежегодно запахивать в почву 6-9 т/га с.в. (сухого вещества), что соответствует всей нетоварной части урожая яровой пшеницы при урожайности 2,5-3 т/га.
Ключевые слова: выщелоченный чернозем, гербицид магнум, детоксикация, фитотест.
Для цитирования: Данилова А.А. Доступный способ регулирования скорости детоксикации пестицидов в зерновых агроценозах Западной Сибири // Достижения науки и техники АПК. 2016. Т. 30. №4. С. 33-35.
Обеспечение растущего населения планеты продуктами питания и промышленным сырьем, получаемым в сельскохозяйственной отрасли, невозможно без использования средств защиты и регуляторов роста растений. Спектр химических соединений для этих целей постоянно расширяется. Как известно, только 0,1% от применяемого пестицида достигает целевого организма [1]. Остальное количество поступает в окружающую природную среду, загрязняя почву, воду, воздух. Предотвращение загрязнения среды остатками пестицидов - актуальная проблема современного сельского хозяйства [2-5].
Таблица 1. Содержание органического вещества в количестве поступающих растительных остатков [1
Как известно, действующее вещество любого пестицида перед регистрацией проходит жесткую проверку на экотоксичность. Понятно, что никакое исследование не может охватить все возможные почвенно-климатические условия использования препарата, поэтому необходимо изучение мер предотвращения загрязнения среды пестицидами в условиях конкретных агротехнологий [5-7]. Однако таких работ явно недостаточно, что связано с методическими проблемами. Как известно, оценку скорости деток-сикации пестицидов можно подразделить на прямое определение динамики соединения в почве при помощи физико-химических анализов и косвенное - при помощи различных биотестов. Первая группа методов требует использования дорогостоящего оборудования. Во второй - возникает сложная проблема выбора индикаторного показателя из их обширного списка. Первая группа методов в некоторых случаях недостаточно чувствительна для определения следов гербицидов, в частности, применяемых в низких дозах. Наиболее доступным и достаточно информативным в этом случае признан фитотест на чувствительных растениях [8].
Сегодня разработано и предложено множество способов для ускорения деградации пестицидов в почве вплоть до применения генномодифицированных (ГМ) микроорганизмов [1-3]. Признавая ряд отрицательных сторон последнего подхода, большинство авторов предлагают акцентировать внимание на изучение путей активизации собственной микрофлоры почвы, которая потенциально способна разлагать широкий спектр токсикантов, в отличие от ГМ-культур, обычно ориентированных на отдельные соединения [6-7]. Внесение в почву органического вещества - один из путей достижения этой цели. Однако при этом нет сведений о пределах экологически и экономически приемлемых для реальных агротехнологий доз органического вещества.
Цель исследований - установить дозы растительных остатков, необходимые и достаточные для обеспечения детоксикации пестицида в пределах текущего вегетационного периода.
Условия, материалы и методы. Исследования проводили в 2008-2013 гг. в многолетнем полевом опыте, заложенном в 2001 г. в центральной лесостепи Приобья в пригороде Новосибирска. В структуре почвенного покрова преобладают черноземы выщелоченные и оподзоленные средне- и тяжелосуглинистые с содержанием гумуса 5,5-6,5%. Эти почвы имеют близкую к нейтральной реакцию среды, обычно в средней степени обеспечены подвижными выщелоченном черноземе Приобья при различном 1].
Показатель 1 1* 1 2 1 3 1 нср05
Поступление биомассы, т/га в год 2,5 6,5 9,5
Углерод общий, % 3,69 3,77 3,82 0,2
Лабильный гумус, мг С/кг почвы 3453 4285 3632 475
Мортмасса, мг С/кг почвы 421 661 798 103
1 - удаление соломы с поля + чистый пар, 2 - оставление соломы на поле + чистый пар, 3 - оставление соломы на поле + сидеральный пар
Таблица 2. Детоксикационная способность почвы
Агрофон Степень исчезновения остаточной фитотоксичности рекомендованной дозы гербицида за 45 сут., % Уровень детоксикационной способности
Бессменные зерновые (27 лет), многолет-
ний пар 0-20 низкии
Удаление соломы с поля + чистый пар 30-50 средний
Оставление соломы на поле + чистый пар
Оставление соломы на поле + сидераль-
ный пар 50-80 высокий
Залежь 100 очень высокий
соединениями фосфора и в повышенной или высокой - обменным калием (рНвод - 6-7, Р2О5 и К2О по Чирикову - соответственно 25-29 и 10-14 мг/100г почвы). Среднегодовое количество осадков составляет примерно 400 мм, сумма температур воздуха выше 10 °С - около 1800 °С. Многолетний полевой опыт состоял из трех зернопаровых севооборотов (пар-пшеница-пшеница), которые различались характером использования парового поля и количеством поступающих в почву растительных остатков. В первом севообороте паровое поле было представлено чистым паром, причем солому пшеницы на протяжении трех ротаций сжигали; во втором - всю солому заделывали в почву; в третьем - органического вещества в почву поступало больше всего: дополнительно к соломе в паровом поле возделывали вико-овсяную смесь, которую в фазе цветения вики заделывали дисковой бороной (сидеральный пар). Исследования проводили на двух фонах минерального питания: без удобрений (контроль) и Р15^0 в паровом поле 45 кг/га Р2О5, пшеница по пару -пшеница по пшенице - ^0). Основная обработка почвы - ежегодная зяблевая вспашка на глубину 2527 см. Размер делянки в севооборотах 108 м2 (6x18 м), учетная площадь - 30 м2, повторность трехкратная.
Образцы почвы для лабораторных исследований отбирали во все годы исследований в конце сентября после осенних дождей. Скорость разложения пестицида в почве определяли по снижению остаточной фитоток-сичности гербицида Магнум (действующее вещество метсульфурон-метил) при инкубации почвы в лабораторных условиях. Для этого навеску почвы массой 200 г помещали в сосуды диаметром 10 см. Гербицид Магнум вносили согласно рекомендованной дозе, равной 10 г/га [9]. Для биотестирования остаточной фитотоксичности гербицида через определенные промежутки времени
Результаты и обсуждение. Существенные различия между вариантами опыта по содержанию органического вещества в почве спустя 9 лет после начала опыта были обнаружены только по содержанию углерода в мортмассе (табл. 1).
Скорость исчезновения остаточной фитотоксичности гербицида коррелировала с содержанием именно этой фракции органического вещества. В результате многолетних исследований мы определили уровень детоксикационной активности почвы (табл. 2) в зависимости от поступления органического вещества. Для полноты исследований в опыт были включены почвы из залежи (содержание Сморт до 2800 мг/кг), бессменного пара и бессменных зерновых (С морт 300-400 мг/кг).
Увеличение количества поступающего растительного вещества от 2,5 до 6,5 т/га в год сопровождалось значительным ростом скорости детоксикации гербицида. Дальнейшее увеличение биомассы опада до 9,5 т/га не приводило к соответственной интенсификации процесса. Таким образом, для повышения детоксикационной способности чернозема выщелоченного Приобья до двух раз было достаточно оставления 5-6 т/га в год нетоварной части урожая на поле. Этого достигали путем запашки всей соломы зерновых культур при средней урожайности 2,5-3,0 т/га. Увеличение количества пожнивных остатков путем замены в трехпольном зернопаровом севообороте чистого пара на занятый и сидеральный не способствовало дальнейшему повышению самоочищающей способности почвы.
При этом, как было установлено в результате наших исследований, запашка растительных остатков на фоне минеральных удобрений способствовала повышению скорости детоксикации пестицидов на одну градацию (табл. 3).
Таблица 3. Влияние минеральных удобрений на детоксикационную активность почвы (ДАП)
Агрофон Удобренность (сумма за севооборот) Уровень ДАП
Удаление соломы с поля + чистый пар \ N Р 120 45 средний высокий
Оставление соломы на поле + чистый пар у», N Р 1у 45 N Р 120 45 высокий высокий
Оставление соломы на поле + сидеральный пар высокий высокий
Бессменные зерновые У0 низкий
^0 средний
высевали по 10 семян редиса. Сосуды после посева на 48 ч ставили в термостат при температуре 25 °С. За это время происходило дружное проклевывание семян. Всходы доращивали в камере с освещением 4000 лк 18 ч/сут. при 20 °С. Через 3 сут. учитывали надземную биомассу проростков. Использовали семена редиса сорта Аскания. Статистическую обработку данных проводили по стандартной методике [10].
Как известно, самоочищающая способность почвы как функция живой фазы весьма динамична. Представленная ранее оценки ДАП была проведена в 2008-2011 гг., когда температура и влажность вегетационного периода были в пределах среднемного-летних значений для Приобья. В 2012 г. наблюдалась острая засуха при высоких температурах воздуха, а в 2013 г. - переувлажнение при умеренных температу-
Таблица 4. Влияние гидротермических условий вегетационного периода на детоксикационную активность чернозема выщелоченного
Уровень детоксикационной активности
Агрофон среднее многолетнее (2008-2011 гг.) при острой засухе (2012 г.) при переувлажнении (2013 г.)
Удаление соломы с поля +
чистый пар Оставление соломы на поле + чистый средний низкий высокий
пар Оставление соломы на поле + занятый высокий средний высокий
пар Оставление соломы на поле + сиде- высокий средний высокий
ральный пар высокий высокий высокий
рах. При острой засухе общий уровень ДАП был ниже многолетних значений (табл. 4), тогда как в условиях переувлажнения во всех вариантах он достиг градации «высокий». Таким образом, при острой засухе возникает опасность сохранения остатков пестицидов в почве, при переувлажнении - повышение скорости разложения может сократить срок действия пестицида. Если учесть, что в условиях лесостепи Приобья количество лет с острой засухой составляет 10% [12], то реализация предлагаемого способа повышения самоочищающей способности почвы будет возможна
в преобладающем большинстве лет. Такой подход экономически приемлем для любых хозяйств. При этом экологическая цель не противоречит экономической целесообразности.
Выводы. Дозы растительных остатков, необходимые для поддержания скорости детоксикации пестицидов на уровне, достаточном для очищения почвы в пределах текущего вегетационного периода, составляют 6-9 т/га сухого вещества в год и соответствуют количеству нетоварной части урожая яровой пшеницы при урожайности 2,5-3 т/га.
Литература.
1. Arias-Estevez М., Lopez-Periago, Е., Marti'nez-Carballo, J. Simal-Ga'ndara, J.- C. Mejuto, L. Garci'a-Ri'o L The mobility and degradation of pesticides in soils and the pollution of groundwater resources // Agriculture, Ecosystems and Environment. 2008. V.123. P.247-260.
2. Burauel P., Basmann F. Soils as filter and buffer for pesticides experimental concepts to understand soil functions // Environmental Pollution. 2005. V.133. Pp. 11-16.
3. Caraccioloa A.B., Topp E., Grenni P. Pharmaceuticals in the environment: Biodegradation and effects on natural microbial communities // Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 2015. V. 106. Pp. 25-36.
4. Jacobsen C.S., Hjelms M.H. Agricultural soils, pesticides and microbial diversity // Current Opinion in Biotechnology. 2014. V. 27. Pp.15-20.
5. Odukkathil G., Vasudevan N. Toxicity and bioremediation of pesticides in agricultural soil // Rev Environ Sci Biotechnol. 2013. V.12. Pp.421-444.
6. Towards the ecological profiling of a pesticide contaminated soil site for remediation and management / V. Tripathi, R.K. Dubey, S.A. Edrisi, K. Narain, H.B. Singh, N. Singh, P.C. Abhilash // Ecological Engineering. 2014. V.71. Pp. 318-325.
7. Verma J.P., Jaiswal D.K. Pesticide relevance and their microbial degradation: a-state-of-art // Rev Environ Sci Biotechnol. 2014. V. 13. Pp. 429-466.
8. Как ослабить остаточное действие сульфонил мочевинных гербицидов / Ю.Я. Спиридонов, В.Г. Шестаков, Г.Е. Ларина, Г.С. Спиридонова // Защита и карантин растений. 2006. №2. С. 59-60.
9. Список пестицидов, рекомендованных для применения на территории РФ в 2007 году. М., 2007. С.193.
10. Ceрокин О.Д. Прикладная статистика на компьютере. Новосибирск: РПО СО РАСХН, 2004. 162 с.
11. Влияние пожнивных остатков на состав органического вещества чернозема выщелоченного в лесостепи Западной Сибири/ И.Н Шарков, Л.М. Самохвалова, П.В. Мишина, А.Г. Шепелев // Почвоведение. 2014. № 4. С. 473-479.
12. Адаптивно-ландшафтные системы земледелия Новосибирской области. Новосибирск: РПО СО РАСХН, 2002. 387 с.
ACCESSIBLE METHOD OF REGULATION OF PESTICIDE DETOXICATION RATE IN CEREAL AGROCENOSIS OF WESTERN SIBERIA
A.A. Danilova
Siberian Researches Institute of Soil Management and Chemicalization for Agriculture, PO box 356, pos. Krasnoobsk, Novosibirskaya obl., 630501, Russian Federation
Summary. The aim of the research was to determine the doses of embedding plant residues, which are necessary and sufficient for pesticide detoxication during current vegetation period. For 6 years (2008-2013) the degradation rate of the Magnum herbicide (metsulfuron methyl) in leached chernozem of Ob region was studied. The field experiment was founded in 2001. The test consisted of three grain-fallow crop rotations (fallow - wheat - wheat). The rotations differed in the fallow fields use and amount of plant residues. In the first crop rotation (the first variant) the fallow field was bare fallow, wheat straw was burned during three rotations (2.5 t/ha of biomass in a year). The second crop rotation (the second variant) differed from the first one by the embedding of all straw in the soil (6.5 t/ha in a year). In the third crop rotation (the third variant) the fallow field was green-manured fallow (vetch and oat mixture was embedded at the phase of vetch flowering), on the other fields straw was embedded into the soil (9.5 t/ha in a year). With the help of phytotest on radish seedlings it was determined that 30-50% of applied pesticide decomposed in 45 days in the first variant; in the second and third variants the value was 50-80%. For comparison, in the soil under permanent fallow and fallow land these values were, respectively, 020 and 100%. In order to accelerate pesticide detoxication up to the level, sufficient to soil purification during current vegetation period, it is necessary to plow under 6-9 t/ha of dry substance annually, which corresponds to the all non-market part of the harvest of spring wheat with the productivity 2.5-3.0 t/ha.
Keywords: leached chernozem, Magnum herbicide, detoxication, phytotest.
Author Details: A.A. Danilova, D. Sc. (Biol.), senior research fellow (e-mail: danilova7alb@yandex.ru)
For citation: A.A. Danilova. Accessible Method of Regulation of Pesticide Detoxication Rate in Cereal Agrocenosis of Western Siberia. Dostizheniya naukii tekhnikiAPK. 2016. V.30. No 4. Pp. 33-35 (In Russ.).
