Агрохимия, 2019, № 5, стр. 48-55

ВВЕДЕНИЕ

Пиклорам, аминопиралид и клопиралид являются представителями химического класса гербицидов производных пиридинкарбоновой кислоты, к которому также относятся триклопир, флуроксипир. Гербициды данной химической группы широко востребованы из-за их невысокой стоимости, хорошей эффективности и низкой токсичности для млекопитающих. Наиболее устойчивые в почве действующие вещества этого класса – пиклорам, аминопиралид, клопиралид [1].

При нормах применения этих гербицидов от десятков до сотен г/га остатки действующих веществ могут представлять опасность для чувствительных видов растений в концентрациях: для пиклорама – <0.25 мкг/кг почвы, клопиралида – <10 мкг/кг, аминопиралида – <0.2 мкг/кг [2, 3], что меньше пределов их обнаружения инструментальными методами контроля. Например, предел обнаружения пиклорама в почве хроматографическими методами (ТЖХ, ВЭЖХ, ГЖХ) составляет 5–10 мкг/кг [4–6]. Таким образом, фитотоксичные концентрации этих пестицидов могут составлять десятые доли от внесенного количества в максимальных нормах расхода в пересчете на массу пахотного горизонта почвы плотностью 1 г/см³, а периоды исчезновения из почвы 90% внесенного вещества (ДТ₉₀) могут составлять более полугода в зависимости от почвенно-климатических условий и физико-химических свойств самих действующих веществ. Для оценки риска последействия препаратов на основе указанных действующих веществ используют метод биотестирования [7].

В мировой практике пиклорам и аминопиралид в основном применяют в качестве гербицидов сплошного действия [8], однако в последнее время они нашли применение в препаративных формах, предназначенных для обработки полевых культур, в основном зерновых и рапса. В таких гербицидах доля пиклорама и аминопиралида несравнимо меньше, чем в препаратах общеистребляющего действия. Возможно по этой причине регламентные ограничения в севообороте для препаратов, применяемых на зерновых культурах и рапсе и содержащих аминопиралид, пиклорам и клопиралид, в РФ не установлены. Только для 2-х препаратов на основе этих действующих веществ – ланцелота, ВДГ (аминопиралид 300 г/кг + флорасулам 150 г/кг) и галеры супер, ВР (клопиралид 267 г/л + пиклорам 80 г/л + + аминопиралид 17 г/л) – прописан перечень культур, разрешенных в случае пересева в сезон применения [9]. В то же время в зарубежных рекомендациях по применению препарата галера 334, ВР (клопиралид 267 г/л + пиклорам 67 г/л), для которого в РФ нет ограничений в севообороте, безопасные сроки высева для основных культур севооборота тщательно прописаны и достигают 3-х лет с момента обработки [10]. На наш взгляд, такое положение дел складывается в силу того, что ограничения для севооборота при применении гербицидов в сельском хозяйстве в условиях РФ практически не изучают из-за недооценки существующей проблемы государственными организациями, регламентирующими процесс регистрации препаратов. Этой работой авторы хотели привлечь внимание уполномоченных структур к этой важной тематике. Цель работы – сравнительная оценка последействия препаратов горгон, врк, ланцелот, вдг и магнум, вдг на горохе посевном (Pisum sativum) в вегетационном опыте.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

В качестве модельных препаратов использовали гербициды ланцелот 450, ВДГ (аминопиралид 300 г/кг + флорасулам 150 г/кг) – для оценки действия аминопиралида, препарат горгон, ВРК (пиклорам 150 г/л + МЦПА кислота 350 г/л) – для оценки действия пиклорама, препарат магнум, ВДГ (метсульфурон-метил 600 г/кг) – для оценки действия метсульфурон-метила.

Следует отметить, что препараты горгон, ВРК и ланцелот, ВДГ, кроме пиклорама и аминопиралида содержат 2М-4Х и флорасулам соответственно. Период полураспада 2М-4Х в почве (ДТ₅₀) составляет 25 сут, флорасулама – 8.5 сут [11].

Метсульфурон-метил использовали для сравнения, поскольку его последействие в полевых условиях достаточно хорошо изучено в силу многолетней практики применения гербицидов на его основе. Таким образом, эксперименты проводили для того, чтобы получить информацию, позволяющую оценить, насколько опасным в сравнении с метсульфурон-метилом, с точки зрения последействия, является применение в посевах зерновых культур препаратов на основе пиклорама и аминопиралида при использовании их в зарегистрированных регламентах применения.

Оборудование. Исследование проводили в камере ЛИК с контролируемыми температурой, влажностью воздуха и освещением. Температуру и влажность воздуха поддерживали прецизионным кондиционером SUAС0151 (Германия). Освещение обеспечивали 4-мя светильниками ЖСП 64 с натриевыми лампами высокого давления ДНа3 Супер/Reflux S 600, а также светодиодными лампами: белые – LED-100W-13C 100 Вт, цветные – LED-100W-30C-UV2 100 Вт, линзы 50 мм (над каждым стеллажом площадью 5 м² (1.8 × 2.8) было равномерно установлено по 30 светодиодов с линзами).

Навески препаратов брали на весах аналитических OHAUS Scout Pro 2-го класса точности (по ГОСТ 24104-2001).

Почва. Опыты проводили на черноземе обыкновенном среднегумусном, отобранном в Павловском р-не Воронежской обл., 10 августа 2016 г. Агрохимические свойства почвы представлены в табл. 1. Агрохимические показатели почвы определяли в лаборатории ООО “Агроанализ-Дон” г. Азов по следующим методикам: подвижные формы фосфора и калия – по методу Мачигина в модификации ЦИНАО ГОСТ 26205–91, содержание гумуса – по методу Тюрина в модификации ЦИНАО ГОСТ 26213-91, нитратного азота – ионометрическим методом по ГОСТ 26951-86, щелочногидролизированного (легкогидролизуемого) азота в почве – по методу Корнфилда (в модификации ЦИНАО), приготовление солевой вытяжки и определение ее рН – по методике ЦИНАО (ГОСТ 26483-85).

Обработка. Для обработки препаратами почву помещали в полистироловые поддоны размером 40 × 25 × 10 см, вмещавшие по 5 кг почвы в трехкратной повторности. Одновременно обрабатывали все 3 поддона каждого варианта. Обработку проводили с помощью лабораторной опрыскивающей установки ЛУ 1.01 конструкции ВИЗР, представляющей собой дисковый опрыскиватель. Размер диска – 5 см, скорость вращения – 14 тыс. об./мин, расход рабочей жидкости – 37 мл/м² (соответствует полевой норме расхода рабочей жидкости 370 л/га), коэффициент вариации при опрыскивании составлял 6%. Основная часть капель рабочего раствора при обработке имела диаметр от 50 до 70 мкм. На момент обработки почва имела воздушно-сухое состояние, при закладке опыта имела рассыпчатую структуру без пыления.

Тест-растения. Для выбора тест-растения предварительно были проведены эксперименты с использованием 4-х культур: подсолнечника, гороха, свеклы сахарной и гречихи. Все культуры обрабатывали 5-ю дозировками каждого препарата по схеме для получения кривой “доза–эффект”. Наиболее чувствительным в отношении всех 3-х гербицидов в наших условиях оказался горох посевной (Pisum sativum), который в дальнейшем и использовали в качестве тест-растения при выполнении основного опыта с инкубированием обработанной почвы.

Основные этапы эксперимента. Обработка основного объема почвы была проведена 6 сентября 2016 г. После обработки почву в поддонах помещали в вегетационную камеру с контролируемыми климатическими условиями: фотопериодические параметры: 16 ч – день, 8 ч – ночь; температура дневного периода 24°С, ночного периода 20°С; относительная влажность воздуха дневного периода – 70, ночного периода – 80%. Почву в поддонах периодически (примерно раз в 5 сут) увлажняли для того, чтобы ее влажность была в диапазоне показателей, характерных для полевых условий (40–60% ПВ).

Через определенное время из поддонов изымали 2.5 кг почвы каждого варианта, эту почву равномерно затаривали в 5 стаканчиков из вспененного полистирола объемом 0.4 л. В качестве тест-растений использовали горох сорта Фараон. После закладки опыта растения выращивали в камере роста в контролируемых климатических условиях, описанных выше. Освещенность опытов поддерживали на уровне 10 тыс. лк (1- и 6-й опыты) и 20 тыс. лк (2-, 3-, 4- и 5-й опыты). Опыты закладывали в 5-ти дозировках, начиная от максимальных норм расхода препаратов, зарегистрированных для зерновых культур (горгон, ВРК – 166.7 мл/га, ланцелот, ВДГ – 33 г/га, магнум, ВДГ – 10 г/га), каждая последующая дозировка была в 2 раза меньше предыдущей. Всего было проведено 6 опытов, их закладывали через 1, 50, 135, 246, 304 и 357 сут после обработки почвы. Общая схема опыта дана в табл. 2.

Учет эффективности и скорости разложения препаратов в почве. Через 3–4 нед после посева тест-растения срезали, взвешивали их биомассу в каждом сосуде. Эффективность оценивали по уменьшению наземной биомассы растений в обработанных вариантах по сравнению с контролем. Полученные результаты обработаны статистически с использованием R-системы (https://www.r-project.org) [12] с целью описания кривой “доза–эффект” и расчета величин ЕД₅₀ для каждого срока инкубирования.

Кроме того, с использованием пакета R-системы, а также программы Degkin [13], полученные результаты были подвергнуты математической обработке для выбора модели, наиболее адекватно описывающей процесс разложения препаратов в почве и получения на их основе показателей разложения DT₅₀ и DT_90.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Для наглядности первичные данные были рассчитаны с помощью статистического пакета R-системы для получения кривых “доза–эффект” (рис. 1). В табл. 3 показаны рассчитанные по этим кривым величины ЕД₅₀.

Установлено, что в опыте без инкубирования (высев тест-культуры через 1 сут после обработки почвы) гербицидная активность препаратов магнум, ВДГ и ланцелот, ВДГ была практически на одном уровне. Максимальные нормы расхода этих препаратов снижали биомассу гороха более чем на 90%. Гербицид горгон, ВРК был менее токсичным для гороха, максимальная норма расхода снижала его биомассу на 70%. Рассчитанные показатели ЕД₅₀ были равны 1.2 г/га, 1.5 г/га и 15.6 мл/га для препаратов магнум, ланцелот и горгон соответственно. Таким образом, если иметь в виду регламенты применения, самым токсичным для гороха в 1-м опыте был препарат ланцелот, ВДГ (величина ЕД₅₀ равна 4.5% от зарегистрированной нормы расхода), наименее токсичным – препарат магнум, ВДГ (величина ЕД₅₀ равна 12% от зарегистрированной нормы расхода).

Через 50 сут после обработки производственные и половинные дозировки всех препаратов вызывали 100%-ную гибель тест-культуры. Начиная со срока 135 сут, стали отмечать различия в токсичности почвенных остатков препаратов. Препарат магнум вызывал значительно большее угнетение культуры, чем препараты ланцелот и горгон. Через 1 год после обработки его остатки в почве от производственной нормы расхода в условиях опыта по-прежнему вызывали практически полную гибель гороха, от половинной – снижали биомассу культуры на 60%.

По ходу проведения исследования препарат горгон, ВРК стал уступать в фитотоксичности препарату ланцелот 450, ВДГ. Особенно это отчетливо проявилось на поздних сроках инкубирования, в 5- и 6-м опытах или через 304 и 357 сут после обработки соответственно.

Для того чтобы использовать эти данные при оценке деградации изученных препаратов в почве, преобразовали их в следующий вид:

Д = ED_50t(0)/ED_50t(i) × 100%, где Д – величина остаточной фитотоксичности почвенных остатков на момент инкубирования почвы i, выраженная в % от нулевого срока; ED_50t(0) – эффективная доза, снижавшая биомассу тест-объекта в опыте 1 (нулевой срок); ED_50t(i) – эффективная доза, снижавшая биомассу тест-объекта в опыте через срок инкубирования почвы i. Результаты такого преобразования представлены в табл. 4.

Анализ данных табл. 4 показал, что максимальная скорость разложения в почве в проведенном опыте отмечена для препарата ланцелот, минимальная – для препарата магнум. Через год инкубирования в почве оставалось 7.63% изначальной фитотоксичности препарата ланцелот, 11.9% – препарата горгон и 32.6% – препарата магнум.

Следующим этапом данной работы являлась сравнительная оценка деградации изученных гербицидов в почве с помощью математических моделей. В настоящее время для этих целей наиболее широко применяют 3 уравнения: обычное уравнение первого порядка (SFO – Single First-Order), уравнение Густавсона и Хольдена (FOMC – First-Order Multi-Compartment) и биэкспоненциальное уравнение (DFOP – Double First-Order in Parallel model) [14–16].

Полученные в опыте данные были просчитаны с использованием всех 3-х моделей. Расчеты по моделям SFO и FOMC выполняли с использованием R-пакета, для расчета по модели DFOP применяли программу Degkin. Статистические параметры использованных уравнений, показывающие адекватность описания ими деградации изученных препаратов, представлены в табл. 5. Адекватность прогноза оценивали с помощью суммы квадратов отклонений прогнозных величин от экспериментальных (уравнение (1)) и коэффициента детерминации (уравнение (2)):

где x_i и y_i – экспериментальные и прогнозные величины соответственно, $\bar {x}$ – среднее экспериментальных величин; n – объем выборки.

Анализ этих показателей свидетельствовал о том, что процесс исчезновения фитотоксичных остатков препаратов из почвы в случае пиклорама (препарат горгон) и аминопиралида (препарат ланцелот 450) лучше всего описывается моделью FOMC (уравнение Густавсона и Хольдена), в случае метсульфурон-метила (препарат магнум) – моделью DFOP (биэкспоненциальное уравнение).

В табл. 6 приведены показатели ДТ₅₀ и ДТ₉₀ препаратов, рассчитанные по модели Густавсона–Хольдена, а для препарата магнум – и по биэкспоненциальной модели (DFOP). Следует отметить, что для пиклорама и аминопиралида полученные показатели находятся в полном соответствии с общеизвестными данными [11]. Рассчитанная для метсульфурон-метила величина ДТ₅₀ (посев через 50 сут) также соотносится с известными источниками. Однако величины ДТ₉₀(через 533 сут и через >900 сут) существенно превышали установленные ранее величины для этого действующего вещества. Возможно, данное обстоятельство обусловлено тем, что представленные в литературе данные в основном были получены с помощью химико-аналитических методов, не позволяющих определять фитотоксические остатки этого вещества в почве из-за недостаточно низкого предела обнаружения по сравнению с биометодом.

В то же время необходимо отметить, что, с точки зрения оценки последействия гербицидов в почве наиболее важными показателями являются величины ЕД₅₀ и ДТ_90. Первая отражает степень чувствительности растения к гербициду, вторая характеризует скорость его разложения.

Полученная в лабораторных условиях оценка последействия не может быть перенесена напрямую в полевые условия, обычно в натурных условиях деградация пестицидов происходит быстрее. Тем не менее, при использовании изученных препаратов в сельскохозяйственной практике надо очень внимательно относиться к подбору культур, высеваемых после зерновых. Например, очевидно, что на следующий год после их применения на черноземе обыкновенном желательно избегать посева бобовых культур и свеклы. В случаях высокого риска последействия гербицидов рекомендуется проводить биотестирование почвы на планируемых к высеву культурах.

ВЫВОДЫ

1. Полученные результаты показали, что даже через 1 год после применения производственных норм расхода препаратов на основе метсульфурон-метила, аминопиралида и пиклорама на черноземе обыкновенном наблюдали существенное угнетение роста растений гороха посевного при проведении опыта в лабораторных условиях.

2. Наиболее токсичными для тест-культуры были почвенные остатки препарата магнум, ВДГ, наименее – препарата горгон, ВРК (пиклорам). Снижение сырой наземной биомассы тест-растений при посеве через 357 сут после обработки почвы производственной нормой составило 54, 65 и 96% для препаратов горгон, ланцелот и магнум соответственно.

3. Оценка последействия препаратов, проведенная в лабораторных условиях (тест-растение – горох посевной, почва – чернозем обыкновенный), показала, что гербицид ланцелот 450, ВДГ (аминопиралид 300 г/кг + флорасулам 150 г/кг) более опасен для последующих культур севооборота по сравнению с гербицидом горгон, ВРК (МЦПА кислота 350 г/л + пиклорам 150 г/л) в случае использования этих препаратов на зерновых культурах в зарегистрированных регламентах применения.