Агрохимия, 2021, № 5, стр. 88-92

ВВЕДЕНИЕ

Интенсивная и длительная эксплуатация почвенного покрова в качестве неизменного природного технологического ресурса привело к нарушению экологического равновесия и нестабильности биологических систем, что способствует возникновению и развитию процессов деградации наиболее ценного элемента биосферы – почвенного покрова, изначально не возобновляемого и ограниченного качественно и количественно [1]. Постоянно возрастающее применение гербицидов снижает протекторную роль почв – процессы самоочищения и их нейтрализация резко снижаются. Общее направление возрастающего производства пестицидов, переход от стабильных хлорорганических химических соединений к менее устойчивым карбаматам, органофосфатам, сульфонилмочевинам повлекло возникновение проблемы отрицательного последействия остаточных количеств вследствие их высокой фитотоксичности. Биологическая активность гербицидов класса сульфонилмочевин проявляется при внесении дозировок 5–20 г/га [2], а его пространственное распределение при внесении в почву соответствует кривой распределения Гаусса [3]. Здоровая почва имеет более высокую степень защиты от неблагоприятных условий, чем загрязненная.

Для разработки безопасных агротехнологий совершенствуется экспертная оценка почв и создаются ассоциации по вопросам улучшения почвенного покрова. Мировая практика земледелия установила, что применение адсорбентов различной природы – достаточно надежный и универсальный метод снижения фитотоксичности остаточных количеств пестицидов в почве. Служба охраны почв США уже несколько десятилетий широко использует активированный уголь марки гройсеф (Grosefe), который с добавкой специальных веществ дезактивирует остаточные количества не только путем физической сорбции, но и хемосорбции [4–6]. Подобная практика оздоровления почв в РФ крайне незначительна, несмотря на то что остаточные количества пестицидов в почве имеют положительную корреляцию с распространением онкологических заболеваний [7].

В последние годы южные степные пространства под влиянием климатических флуктуаций становятся экологически нестабильным пространством, что обостряет возникающие деградационные процессы и делают особо актуальной проблему оздоровления почв, как основного фактора их продуктивности. Цель работы – поиск способов снижения фитотоксичности остаточных количеств гербицидов группы сульфонилмочевин для сохранения самоочищающейся способности почв.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование проводили на почвах сельхозугодий Предкавказской равнины и предгорий Кавказа, почвенный покров которых имеет в своей структуре типы почв, не имеющие аналогов в мировом почвенном покрове: выщелоченные сверхмощные черноземы, перегнойно-карбонатные тяжелосуглинистые, бурые остаточно-карбонатные тяжелосуглинистые, бурые ненасыщенные тяжелосуглинистые почвы, желтоземы слабооподзоленные легкоглинистые.

Образцы почв отбирали из горизонта А целинных участков каждого изученного типа почв, доводили до воздушно-сухого состояния, измельчали, просевались через сито 2 мм. Опыт проводили в вегетационных сосудах емкостью 0.5 л, повторность пятикратная, вегетационный период составлял 21 сут при влажности почвы 50–60% ППВ. Фитотоксический фон моделировали путем обработки почвы в вегетационном сосуде водным раствором хлорсульфурона (ДРХ 4189). Опыты по определению дыхания почвы проводили по общепризнанным методикам [8].

Методические подходы определения адсорбции как разницы между исходной концентрацией ксенобиотика и равновесной изложены ранее [9, 10]. В качестве сорбентов использовали катионные полиэлектролиты: поли-N,N-диметил-N,N-дидодециламмонийхлорид (ПДМДДАХ) и его сополимер с N,N-диметил-N,N-дидодециламмонийгидрофосфатом (ПДМДДАГФ). Опыт проводили с черноземом выщелоченным тяжелосуглинистым и черноземом карбонатным тяжелосуглинистым. Последовательность операций в опытах была следующей: 1 – обработка подготовленной почвы в вегетационном сосуде гербицидом в дозах 100, 500 и 1000 мкг/кг почвы, 2 – через 1 сут обработка почвы сорбентом в дозах 1.0 и 10.0 кг/га, 3 – через 1 сут высев тест-культуры (кукуруза и горох), 4 – вегетация растений при влажности 50–60% ППВ и 5 – через 21 сут учет надземной зеленой массы. Гидролитическую кислотность почв нейтрализовали внесением извести-пушенки в дозе 0.75 Н_г.

Статистическую обработку экспериментальных данных проводили с использованием (показателя наименьшей существенной разницы (НСР₀₅) [11].

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Однократное применение хлорсульфурона (ДРХ 4189) даже в незначительных дозах оказывало существенное влияние на микробную массу выщелоченного чернозема, составлявшую по данным многих исследований 2.5–5.0 т/га. В первую неделю после попадания гербицида в почву ее дыхание (выделение СО₂) в зависимости от дозы гербицида снижалось на 30–60% (рис. 1) и только через 2 мес. восстанавливалось до 70–90% первоначального режима, не преодолев полностью стрессовую ситуацию.

Рис. 1.

Влияние хлорсульфурона на интенсивность дыхания выщелоченного чернозема.

Влияние хлорсульфурона на активность целлюлозоразрушающей микрофлоры было менее значительным, но продолжительным. Увеличение дозировки хлорсульфурона снижало активность целлюлозоразрушающей микрофлоры, увеличивая количество неразложившейся клетчатки на 15–25% по отношению к контролю в течение 2-х мес., но по истечении 4-х мес. инкубации количество неразложившейся клетчатки превышало контроль на 10–15% при дозировке гербицида 1000 мкг/га (рис. 2).

Рис. 2.

Влияние хлорсульфурона на активность целлюлозоразрушающей микрофлоры в выщелоченном черноземе, % неразложившейся клетчатки.

При изучении влияния известкования на фитотоксичность остаточных количеств хлорсульфурона была определена гидролитическая кислотность испытанных почв (табл. 1). Показано, что снижение кислотности во всех типах почв, исследованных в опыте, увеличивало фитотоксичность хлорсульфурона на 20–30%.

Проведение испытаний способа регулирования роста тест-растений на фоне остаточных количеств гербицидов с помощью катионных полиэлектролитов ПДМДДАХ и его сополимера с ДМДААГФ было основано на идее разработки детоксикантов, характеризующихся водорастворимостью, достаточной для продвижения по почвенному профилю, и наличием полярных (гидрофильных) и неполярных (гидрофобных) функциональных групп, способных к ионному обмену.

Эффективность детоксикации определяли отношением зеленой массы растений в варианте с детоксикантом к массе таковой в варианте без применения детоксиканта (фон), выраженным в %. Проведенные исследования (табл. 2) показали, что испытанные катионные полиэлектролиты взаимодействовали как с полифункциональными компонентами почвенного комплекса, так и с молекулами гербицидов, представляющими собой преимущественно нейтральные молекулы или анионы.

Показано, что алкиламмониевые соли с н-алкильными заместителями длиной 11–12 атомов углерода проявляли высокую способность к инактивации остаточных гербицидов. Увеличение дозировки полиэлектролитов до 10 кг/га (расход рабочей жидкости 300 л/га) усиливал эффект детоксикации. Применение полиэлектролитов при ожидаемом уровне потерь 50–75% на фоне остаточных количеств гербицида удваивало растительную массу. Развитие этих исследований позволило разработать рекомендации по их применению [12].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Использование гербицидов в сельскохозяйственном производстве оказывало стрессовое влияние на почвы, которое проявлялось в снижении дыхания почвы на 30–70% и угнетении активности целлюлозоразрушающей микрофлоры на 10–15% в течение нескольких месяцев после их применения. Снижение кислотности почв известкованием повышало фитотоксичность хлорсульфурона на 20–30%. Преодоление негативного последействия гербицида возможно при применении катионных полиэлектролитов. Высокой эффективностью в инактивации остатков хлорсульфурона обладали алкиламмониевые соли с н-алкильными заместителями длиной 11–12 атомов углерода.

Загрязняющие вещества почвы не консервативны. Возможны и необходимы приемы по их трансформации, разложению и сорбционному самоочищению.