Научная статья на тему 'Особенности метаболизма хлорорганических пестицидов в объектах окружающей среды в условиях Горного Алтая'

Особенности метаболизма хлорорганических пестицидов в объектах окружающей среды в условиях Горного Алтая Текст научной статьи по специальности «Сельское и лесное хозяйство»

404
96
Поделиться
Ключевые слова
ГОРНЫЙ АЛТАЙ / ХЛОРОРГАНИЧЕСКИЕ ПЕСТИЦИДЫ / ЗАГРЯЗНЕНИЕ / ПРИРОДНЫЕ СРЕДЫ / ПОЧВЫ / ДЕСТРУКЦИЯ / ОТНОШЕНИЕ МЕТАБОЛИТОВ / ВРЕМЯ РАСПАДА / METABOLITES' RATIO

Аннотация научной статьи по сельскому и лесному хозяйству, автор научной работы — Куликова-хлебникова Елена Николаевна, Робертус Юрий Владимирович, Кивацкая Анна Васильевна

Целью работы является изучение особенностей метаболизма хлорорганических пестицидов (ДДТ, ГХЦГ) в объектах окружающей среды в условиях горной страны (на примере Республики Алтай). Основные задачи работы заключаются в установлении уровней присутствия в природных средах и продуктах питания метаболитов ДДТ и изомеров ГХЦГ и выявлении связей между ними. Для этого в очагах загрязнения пестицидами на территории республики было отобрано и проанализировано около полутора тысяч проб природных сред (почв, природных вод, донных осадков, растений), а также образцов продуктов питания растительного и животного происхождения. Основные выводы проведенного исследования состоят в следующем: между остаточными концентрациями ДДТ и его метаболитами в почвах существует тесная прямая зависимость, свидетельствующая о равновесных процессах трансформации пестицида в природных условиях; значимые корреляционные связи ДДТ и его производных с физико-химическими свойствами почв (рН, ЕКО, гумус, физглина) усиливаются в ряду ДДТ-ДДД-ДДЭ, то есть в направлении образования более стабильных метаболитов; уровни присутствия и соотношение метаболитов ДДТ и изомеров ГХЦГ в растениях в целом наследуют эти показатели в исходных почвах; на глубине ДДТ и ГХЦГ разлагаются менее интенсивно, чем в приповерхностных условиях, эта же закономерность характерна для более высоких остаточных концентраций этих пестицидов в почве; уровень трансформации ДДТ и ГХЦГ в целом зависит от срока их нахождения в почвах, в условиях региона полураспад исходных концентраций ДДТ происходит в среднем за 50-70 лет.

Похожие темы научных работ по сельскому и лесному хозяйству , автор научной работы — Куликова-Хлебникова Елена Николаевна, Робертус Юрий Владимирович, Кивацкая Анна Васильевна,

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Особенности метаболизма хлорорганических пестицидов в объектах окружающей среды в условиях Горного Алтая»

Наивысший балл набрали петунии: Кар-пет Синий шнурок (компактный гибрид) и Черри тарт (махровый), т.е. из рассматриваемых сортов они оказались наиболее устойчивы к неблагоприятным условиям.

Выводы

На основании проведенных исследований и наблюдений нами рекомендуются для выращивания в целях декоративного озеленения в условиях открытого грунта Нижнего Поволжья следующие петунии многоцветковые:

— по наибольшей продолжительности цветения: Карпет Синий шнурок и Соня Орхид (компактные сорта), Дуо Земляника парфайт (махровый сорт);

— по устойчивости к неблагоприятным условиям: Карпет Синий шнурок (компактный гибрид), Черри тарт (махровый гибрид).

В условиях с недостаточным увлажнением можно высаживать Мерлин Синее утро, при своевременных уходах и пе-

риодических укрытиях от яркого полуденного солнца и ливней — Соня Орхид (компактный сорт) и Дуо Земляника парфайт (махровый).

Библиографический список

1. Сокольская О.Б. Следы исчезнувших веков: принципы и особенности парко-строения юго-западной части Приволжской возвышенности: история, современное состояние и сохранение. — Саратов: ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова», 2008. — 404 с.

2. Минх А.Н. Город Аткарск / / Материалы для историко-географического описания Саратовской губернии по рукописям и исследованиям Члена Императорского Русского Географического Общества Александра Николаевича Минха, с 15 рисунками. — Аткарск: Тип. В.И. Миловидо-ва, 1908. — 157 с.

3. Колесников Е.Г., Горбаченков М.В. Петуния, сурфиния, калибрахоа. — М.: Издательский Дом МСП, 2004. — 64 с.

+ + +

УДК 504.054 Е.Н. Куликова-Хлебникова,

Ю.В. Робертус, А.В. Кивацкая

ОСОБЕННОСТИ МЕТАБОЛИЗМА ХЛОРОРГАНИЧЕСКИХ ПЕСТИЦИДОВ В ОБЪЕКТАХ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ В УСЛОВИЯХ ГОРНОГО АЛТАЯ

Ключевые слова: Горный Алтай, хло-рорганические пестициды, загрязнение, природные среды, почвы, деструкция, отношение метаболитов, время распада.

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Введение

К числу стойких хлорорганических пестицидов (ХОП), применявшихся в прошлом на территории Горного Алтая, относятся ДДТ, ГХЦГ и, частично, у-ГХЦГ

(линдан) и 2,4-Д. В результате их применения и зачастую небрежного хранения в ряде населенных пунктов республики сформировалась серия различных по площади и интенсивности очагов загрязнения ХОП почв, растительности, донных осадков и, в незначительной степени, природных вод [1].

В связи с высокой стабильностью этих очагов и возможностью попадания ХОП

по пищевым цепочкам в организм человека существует проблема ремедиации загрязненных ими почв. Для ее решения необходимо понимание процессов метаболизма ХОП и лимитирующих его факторов в различных природных обстановках изученной территории.

Целью работы является изучение особенностей метаболизма хлорорганических пестицидов (ДДТ, ГХЦГ) в объектах окружающей среды в условиях горной страны (на примере Республики Алтай), изучение слабо освещаемых в специальной литературе особенностей трансформации остаточных концентраций ДДТ и ГХЦГ в почвах в зависимости от их уровня и давности присутствия, глубины залегания, физических свойств почв и пр.

Объекты и методика исследований

Объектом изучения явились почвогрун-ты и сопряженные с ними природные среды в очагах загрязнения ДДТ и ГХЦГ, выявленных на территории 30 населенных пунктов Республики Алтай. В рамках проведенных исследований было взято более 1300 проб природных сред и образцов растительных продуктов питания, проанализированных методом газовой хроматографии на присутствие ДДТ и его метаболитов (ДДД, ДДЭ), а также основных изомеров ГХЦГ (а, в, у) в лаборатории по анализам пестицидов ФГУ «Центральная научно-производственная ветеринарная радиологическая лаборатория» (г. Барнаул). Условия анализа: хроматограф «Цвет-500 М» с детектором ДПР; 1 м колонка, 5% SE-30 (0.16-0.20 мм); \ колонки - 190-210°С, \ детектора - 300°С, \ испарителя - 220-240°С.

Обсуждение результатов

Известно, что хлорорганические пестициды ДДТ и ГХЦГ характеризуются высокой степенью персистентности при относительно низкой подвижности в окружающей среде. Их стабильность в природных условиях зависит от ряда факторов — климата, типа почв, их рН и влажности, содержания гумуса, механического состава, наличия микроорганизмов и пр. Тип и скорость преобразований зависят также от химической структуры пестицида и его устойчивости.

Так, ДДТ в аэробных условиях в процессе дегидрохлорирования и дехлорирования превращается, соответственно, в устойчивый метаболит ДДЭ и промежуточный малотоксичный ДДД. Ряд исследо-

вателей рассматривают метаболизм ДДТ в почвах как его детоксикацию in situ в природных условиях [3].

Соотношение ДДТ и его производных позволяет приблизительно оценить время появления и распада остаточных концентраций пестицида, содержащегося в депонирующих загрязнение почвах. Так, отношение (ДДЭ+ДДД)/ДДТ > 1 указывает на «старое» применение ДДТ и на его активную трансформацию микробиологическим путем, а отношение (ДДЭ + ДДД.),/ДДТ < 1 — на «свежее» его применение и слабую деструкцию микроорганизмами [2].

Показателями степени деструкции технического препарата ГХЦГ, представляющего собой смесь 8 изомеров, являются содержание стабильного Р-изомера и степень перехода у-ГХЦГ в более устойчивый а-изомер [2].

Микробиологическая деструкция присутствующих в почвах ХОП зависит от ряда факторов: температура, рН, Eh, влажность, аэрируемость, наличие «специализированных» микроорганизмов и пр. [3]. Их оптимального сочетания в природе практически не наблюдается, поэтому процесс трансформации пестицидов ограничивается его начальными стадиями.

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Особенности метаболизма ХОП в природных условиях Горного Алтая практически не изучены. Полученные авторами данные позволяют утверждать, что, несмотря на полувековой период с начала применения ДДТ в регионе, ни в одном из изученных очагов загрязнения почв не установлено превышения суммы метаболитов ДДД и ДДЭ над остаточным содержанием пестицида.

Еще более низкая, по сравнению с Горным Алтаем, относительная доля суммы метаболитов ДДТ (менее 25%) проявлена в его захоронении 1950-х гг. в Томской области [4]. Это ставит под сомнение универсальный характер показателя (ДДЭ + ДДД)/ДДТ для определения времени нахождения ДДТ в почве.

Предварительно установлено, что более высокая степень метаболизма ДДТ в почвах проявлена в случае его пониженных концентраций, т. е. при более рассредоточенном распределении пестицида его разложение протекает интенсивнее и, наоборот, замедленная в природных условиях деструкция ДДТ характерна для участков его повышенных концентраций (табл. 1). В минимальной степени она

проявлена для остатков устаревших ХОП в местах их захоронения.

В профиле почв доля остаточных концентраций ДДТ увеличивается с глубиной, что наряду со снижением роли его конечного метаболита ДДЭ говорит о более интенсивной деструкции ДДТ в поверхностных условиях (табл. 2).

Анализ отношения уровня присутствия исходных пестицидов и их производных в объектах окружающей среды и растительных продуктах питания свидетельствует об их выдержанном характере в природных средах для ДДТ и его метаболитов и менее выдержанном — для изомеров ГХЦГ (табл. 3). Это указывает на то, что деструкция ХОП происходит, главным образом, в почвах, а сопряженные с ними среды являются преимущественно трансляторами сложившихся в почвах отношений исходных пестицидов и их трансформантов.

Полученные данные по метаболизму ДДТ позволили рассчитать по используе-

Доля метаболитов ХОП (%) для разных

мой в экотоксикологии экспоненциальной зависимости время полураспада и распада на 95 и 99% исходных концентраций пестицида в почвах изученных очагов загрязнения, находящихся в разных природно-климатических зонах — от сильно увлажненных условий черневой тайги северо-востока региона (с. Артыбаш) до сухо-степных зон межгорных котловин (с. Ябо-ган).

Согласно проведенным расчетам, основанным на экспоненциальной зависимости остаточного содержания ДДТ от времени [2], время его полураспада в почвах этих очагов составит 50-70 лет, а время его полного распада — 330-450 лет (табл. 4). При этом максимальная стабильность пестицида проявлена в более засушливых условиях, что подтверждает данные о приоритетности увлажнения почв над температурным режимом при разложении ДДТ в природных условиях [3].

Таблица 1

>вней их содержания в почвах (п = 869)

ХОП, мг/кг ДДТ, % ДДД, % ДДЭ, % а-ГХЦГ, % у-ГХЦГ, %

> 100 63,4 32,6 6,3 50,5 49,5

100-10 62,1 30,5 9,4 60,8 39,2

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

10-1 54,3 28,5 19,3 65,4 34,6

< 1 53,7 25,9 22,8 85,3 14,7

Таблица 2

Распределение ХОП и их метаболитов в профиле почв очагов загрязнения (п = 255)

Глубина ДДТ, % ДДД, % ДДЭ, % а-ГХЦГ, % Р-ГХЦГ, % у-ГХЦГ, %

0-0,2 м 51,5 24,0 24,5 78,1 19,0 12,9

0,2-0,5 м 54,7 24,8 20,5 71,4 14,8 13,8

> 0,5 м 61,5 25,9 12,6 68,9 14,7 16,4

Таблица 3

Отношение средних концентраций метаболитов (изомеров) ХОП в природных средах и в растительных продуктах питания

Отношение Почвы п = 869 Растения п = 104 Донные осадки п = 37 Природные воды п = 53 Злаки п = 5 Овощи п = 20

ДДЭ:ДДТ 1:17 1:17 1:17 1:25 1:10 1:13

ДДД:ДДТ 1:2 1:5 1:4 1:10 1:2 1:6

а/у-ГХЦГ 5:1 3:1 3:1 1:1 4:1 5:1

Р/у-ГХЦГ 1 :1 1.7:1 1 :2 1 :1.5 Нет данных

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Таблица 4

Расчетное время исчезновения остатков ДДТ в почвах очагов загрязнения, лет

Пункты Типы почв Дата применения Т50 Т95 Т99

с. Артыбаш Серая-лесная 1966 г. 50 215 330

с. Камлак Лугово-черноземная 1967 г. 58 250 380

с. Ябоган Темно-каштановая 1967 г. 68 300 450

Существование возрастного тренда усредненных значений доли исходного ДДТ и его конечного метаболита ДДЭ в почвах очагов загрязнения на территории ряда населенных пунктов республики свидетельствует о заметном превалировании остаточных концентраций ДДТ над образованными метаболитами и о возможности применения вышеотмеченных расчетов для определения времени применения пестицида (рис.).

ддт, ДДЭ, % 80

60-

40

20

V^7 ^ \ 6 ДДТ

8

/

ДЭ

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

1 - Артыбаш

2 - Беле

3 -Камлак

4 - Ябоган

5 - Майма

6 - Турочак

7 - Карлушка S - Яйлю

9 - Анос

¿678 9

1960 Г.

1 970 г.

1980 г.

1 990 г.

Рис. Временные тренды доли ДДТ и ДДЭ в почвах населенных пунктов

Так, минимальное содержание ДДТ (максимальное ДДЭ) проявлено в почвах на участках бывших плотбищ в с. Арты-баш, где в 1950-х годах впервые в Горном Алтае был применен пестицид.

Не можете найти то что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Выводы

Между остаточными концентрациями ДДТ и его метаболитами в почвах существует тесная прямая зависимость, свидетельствующая о равновесных процессах трансформации пестицида в природных условиях.

Значимые корреляционные связи ДДТ и его производных с физико-химическими свойствами почв — рН, ЕКО, гумус, физг-лина (г = 0,56-0,94 при уровне значимости 95%) усиливаются в ряду ДДТ-ДДД-ДДЭ,

то есть в направлении образования более стабильных метаболитов.

Уровни присутствия и соотношение метаболитов ДДТ и изомеров ГХЦГ в растениях в целом наследуют эти показатели в исходных почвах.

На глубине ДДТ и ГХЦГ разлагаются менее интенсивно, чем в приповерхностных условиях, эта же закономерность характерна для более высоких остаточных концентраций этих пестицидов в почве.

Уровень трансформации ДДТ и ГХЦГ в целом зависит от срока их нахождения в почвах, в условиях региона полураспад исходных концентраций ДДТ происходит в среднем за 50-70 лет, а полный его распад — за 300-500 лет.

Библиографический список

1. Робертус Ю.В., Пузанов А.В., Ки-вацкая А.В., Куликова-Хлебникова Е.Н. Особенности поведения ДДТ и его метаболитов в прибрежных почвах Телецкого озера (Горный Алтай) / / Современные проблемы загрязнения почв: матер. III Междунар. науч. конф. — М., 2010. — С. 421-425.

2. Галиулин Р.В., Галиулина Р.А. Эколо-го-геохимическая оценка «отпечатков» стойких хлорорганических пестицидов в системе почва — поверхностная вода // Агрохимия. — 2008. — № 1. — С. 52-56.

3. Чекарева Т.Г., Галиулин Р.В., Ананьева Н.Д. и др. Особенности разложения ДДТ в различных почвах в зависимости от гидротермических условий // Химия в сельском хозяйстве. — 1981. — Т. XIX. — № 10. — С. 29-34.

4. Ивасенко В.Л., Адам А.М., Цеха-новская Н.А. и др. Исследование поведения пестицида ДДТ в подземных захоронениях // Химия и химическая технология. — 2002. — Т. 45. — Вып. 3. — С. 59-61.

+ + +