АГРОИНФормация

Агропортал - все для специалистов агропромышленного комплекса

Влияние на микроорганизмы пестицидов и их трансформация в почве

Химические средства защиты урожая — пестициды в настоящее время используются очень широко. В них входят гербициды, применяемые для борьбы с сорняками, фунгициды, защищающие растения от фитопатогенных грибов, инсектициды — средства защиты от вредных насекомых, нематоциды — препараты против нематод и др.

Широкое применение химических средств защиты урожая: началось после 1939 г., когда швейцарский ученый П. Мюллер показал перспективность использования ДДТ (1,1 - ди (4-хлорфенил) - 2,2,2-трихлорэтан) при борьбе с вредными насекомыми. За свою работу Мюллер был удостоен Нобелевской премии. Открывались новые перспективы в борьбе с вредителями сельского хозяйства и с насекомыми — переносчиками болезней. Применение ДДТ в южных странах практически ликвидировало заболевание малярией, от которой гибли миллионы людей. Через некоторое время оказалось, однако, что комары, переносящие заболевание, адаптировались к пестициду, и болезнь вновь стала принимать массовый характер. Тогда перешли на использование менее токсичного аналога ДДТ — метоксихлора (C16H15CI3O2).

В дальнейшем выяснилось, что ДДТ очень медленно разлагается в почве. Аккумулируясь в почве и растениях, он оказывает вредное влияние на организм человека и животных. В настоящее время во многих странах, в том числе в СНГ, использование ДДТ и некоторых других пестицидов запрещено. Помимо высокой стойкости, для ДДТ и ряда других пестицидов характерна способность концентрироваться в биологических цепях. В продуктах животного происхождения они накапливаются больше, чем в растительных тканях. Получены убедительные доказательства отрицательного воздействия даже малых количеств хлорорганических соединений на здоровье людей, и многие страны отказались от применения таких препаратов. В СНГ в соответствии с утвержденными методическими указаниями проводится гигиеническая оценка новых пестицидов. Ежегодно публикуется также Список химических и биологических средств борьбы с вредителями, болезнями растений и сорняками и регуляторами роста растений, разрешенных для применения в сельском хозяйстве.

Неумеренное применение пестицидов загрязняет окружающую среду и приводит к гибели многих ценных представителей фауны и флоры. Вымываясь в водные бассейны, пестициды вызывают вымирание промысловых животных.

Все указанное заставляет относиться к применению пестицидов крайне осторожно и отбирать для практического использования в сельском хозяйстве менее вредные и быстро разлагающиеся соединения.

Химическая природа пестицидов весьма разнообразна — они относятся более чем к 20 различным группам соединений. Наиболее широко используют фенокси - производные, производные карбаминовой и тиокарбаминовой кислот, триазина, мочевины, урацила, аминов и т. д.

В качестве инсектицидов в больших количествах применяют фосфорорганические соединения, в меньших количествах — хлорорганические соединения и производные карбаминовой кислоты. Находят применение также различные вещества, содержащие мышьяк и растительные яды.

В качестве фунгицидов используют соединения меди, ртути и т. д.

Рассматривая трансформацию пестицидов в почве, следует отметить, что на нее влияют химические и физические факторы, сорбция почвенными частицами и т. д. Однако главный фактор, вызывающий изменение пестицидов в почве,— микроорганизмы. Их жизнедеятельность заметно не угнетается дозами пестицидов, обычно используемыми в практике.

К химическим процессам, вызывающим превращения пестицидов, относится реакция гидролиза, которая часто катализируется глинистыми минералами.

Быстрота разрушения пестицидов микроорганизмами в значительной степени зависит от их химического состава. Наличие в структуре пестицида галогенов, нитрогруппы и метильной группы замедляет процесс микробной деструкции. Имеет значение положение галогена в феноксисоедииениях.

Галоген, находящийся в мета - положении, замедляет распад пестицида; соединения, имеющие галоген в пара - и орто-положении, легче разрушаются.

Наиболее легко разлагаются органические соединения фосфора, производные алифатических карбоновых кислот, производные карбаминовой и тиокарбаминовой кислот. Значительно медленнее подвергаются разрушению циклические соединения.

Некоторые пестициды могут разлагаться отдельными видами микроорганизмов. Так, к микроорганизмам, использующим аллиловый спирт, относится Nocardia corallina, Azotobacter, Trichoderma vulgaris и т. д.

Некоторые виды Nocardia способны ассимилировать в качестве источника углерода 4-феноксимасляную кислоту и 3,4-дихлорфеноксимасляную. Симазин может служить источником питания для ряда микроорганизмов. К использованию симазина способны многие виды бактерий, например представители родов Achromobacter, Mycobacterium и т. д.

Почва насыщена разными микроорганизмами, поэтому внесенные в нее химические соединения атакуются группировкой микроорганизмов, разлагающих как данный субстрат, так и продукты его распада. В некоторых случаях процесс деструкции пестицидов ускоряется наличием какого-либо органического соединения (косубстрата), способствующего развитию микробного ценоза, принимающего участие в разрушении пестицида.

Обычно гербициды вносят в почву в небольших количествах – несколько килограммов на 1 га. Водорастворимые препараты не создают в местах их внесения токсичных для большинства микроорганизмов концентраций. При распылении порошков и эмульсий (атразин, монурон и т. д.) образуются микрозоны, в которых селекционируется микрофлора, разлагающая пестицид, но основное микронаселение почвы остается не затронутым.

Обычно применяемые в практике дозировки пестицидов, как правило, не влияют на жизнь почвы. Иногда, однако, происходит задержка процесса нитрификации, так как нитрификаторы очень чувствительны к различного рода сильным воздействиям. Некоторые исследователи отмечают большую чувствительность по сравнению с другими сапрофитными микроорганизмами азотобактера и клубеньковых бактерий.

Имеются указания также на меньшую устойчивость к гербицидам микроскопических грибов и водорослей.

Отмеченная чувствительность к пестицидам относится в основном к повышенным их дозам. На основную же массу микроорганизмов даже дозы, в 50 – 100 раз превышающие применяемые на практике, не оказывают существенного влияния.

Несомненно, что не все микроорганизмы одинаково чувствительны к определенным препаратам. Каждое химическое соединение больше всего поражает какую-то «мишень». Разработка этого вопроса может способствовать выявлению микробиологических показателей наличия и детоксикации определенных гербицидов в почве.

Отмеченное можно проиллюстрировать примерами. Э. А. Штиной было установлено, что Phormidium tennue погибает при незначительных концентрациях 2,4-Д, а другие организмы (Chlorella vulgaris, Nostoc punctiforme и т. д.) весьма устойчивы к действию этого гербицида. Ю. В. Круглов показал, что чувствительность водоросли Chlorella vulgaris к некоторым гербицидам приближается к чувствительности растений овса. Очевидно, Chlorella может быть использована как тест-организм при выяснении токсичности гербицидов для растений.

Некоторые исследователи пытались определить суммарный эффект действия гербицидов на микрофлору почвы по изменению ее дыхания. В опытах, проводимых по методике Варбурга, тормозящее действие на «дыхание» почвы показывали лишь дозы гербицидов, в десятки раз превосходящие используемые на практике. Однако если энергию дыхания почвы определяют в течение длительного срока, то выявляется некоторый депрессирующий эффект даже малых доз гербицидов. Так, в опытах по изучению действия разных доз симазина на дыхание почвы, продолжавшихся 48 ч и 7 дней, различия между контролем и опытными почвами не улавливались. Однако в более поздние сроки (на 28-й и 56-й день) можно было заметить, что даже небольшая доза симазина несколько снижала выделение СО2 почвой.

Возникает весьма важный вопрос: за какой срок обезвреживаются в почве применяемые обычно в практике дозы гербицидов. На это влияет целый ряд факторов — свойства почвы, ее температура, влажность и т. д. На быстроту распада гербицидов в почве большое влияние может оказать присутствие в ней легкодоступных микроорганизмам органических и минеральных соединений. Следовательно, без учета комплекса факторов трудно определить быстроту распада гербицида в почве. Известны случаи, когда в европейских странах ориентировались на американские данные по освобождению почв от симазина. В результате недоучета особенностей климата пшеница, высеянная после кукурузы, обработанной симазином, резко снижала урожай.

Несмотря на условность сроков распада различных гербицидов, приведенные в таблице 32 данные показательны в том отношении, что устанавливают стабильность в почве различных веществ. Например, некоторые гербициды распадаются в почве через несколько недель, другие могут сохраняться там более года, имеются и еще более устойчивые вещества.

В связи с тем, что скорость детоксикации пестицидов в почвах и окружающей среде (грунтовые воды, водные бассейны и т. д.) зависит от географических, почвенных, гидрологических и других условий, весьма важно составление карты, дающей представление о способности отдельных регионов самоочищаться от вносимых в почву токсических соединений. Подобная работа начата в научно- исследовательских учреждениях нашей страны, в частности в Институте почвоведения и фотосинтеза СНГ.

Следует отметить, что при частичном разрушении гербицида могут образоваться сильно токсичные вещества.

Иногда происходит конденсация веществ, образующихся из гербицидов, в трудноразлагаемые сложные соединения. Некоторые гербициды (симазин и др.), а также продукты их распада образуют с гумусовыми соединениями прочные комплексы. Это задерживает процесс детоксикации.

В отношении инсектицидов имеются данные, свидетельствующие о более быстром распаде в почве фосфороорганических соединений (обычно 1,5—4 месяца); хлорорганические соединения устойчивее.

Рассмотрим влияние пестицидов на взаимоотношения бобовых растений с клубеньковыми бактериями. Здесь отмечены значительные различия. Так, гербициды, ингибирующие фотосинтез (симазин, атразин), не действуют на образование клубеньков, но процесс азотфиксации подавляется из-за недостатка ассимилятов для клубеньковых бактерий. По данным Ю. В. Круглова, некоторые гербициды (например, 2М-4ХМ) депрессируют активность находящихся в клубеньках бактерий и снижают азотфиксацию. Поэтому для бобовых культур следует тщательно подбирать гербициды, и желательно употреблять их в сниженных дозах. Лучше использовать для этих культур почвы, очищенные от сорняков при выращивании предшественников бобовых.

Протравливать семена бобовых растений препаратом ТМТД целесообразно не позднее, чем за две недели до посева. Заражение же посевного материала клубеньковыми бактериями надо проводить в день посева. Протравливание семян фундозолом можно делать непосредственно перед посевом одновременно с заражением их клубеньковыми бактериями.

Всесоюзным НИИ сельскохозяйственной микробиологии подготовлены и изданы Методические рекомендации по оценке токсичности пестицидов на микрофлору почв (Л., 1981).

Использование гербицидов снижает количество гумуса по сравнению с необработанными почвами. Это объясняется тем, что гербициды уменьшают поступление в почву растительных остатков сорняков.

You are here