🗊Презентация Охрана почв при применении пестицидов

Охрана почв при применении пестицидов Лекция

Значимость проблемы По оценке ФАО (1989) каждый год от насекомых вредителей, болезней растений и сорняков мировое сельское хозяйство несет убытки в 75 млрд. долларов. Потенциальные потери урожая в России достигают 71,3 млн. т зерновых единиц: на долю возбудителей болезней приходится 45,1% потерь, сорных растений – 31,4%, вредителей растений – 23,5% (Соколов М.С. и др.). Для отдельных культур потери приведены в нижеследующей таблице. Большое количество питательных веществ непроизводительно отчуждается из удобрений и почвы сорняками. При средней засоренности посевов сорняки выносят не менее 200 кг/га NPK. При засоренности в России 98% площадей общий вынос питательных веществ сорняками составляет 10-12 млн. т в год или около половины питательных веществ производимых в стране минеральных удобрений (Минеев В.Г.).

Защита растений от вредителей и болезней, уничтожение сорняков создает условия для формирования высоких урожаев с/х культур. Однако, использование пестицидов приводит к существенным негативным последствиям для многих компонентов экосистемы. В 1987 году 30% продуктов питания в России содержали концентрацию пестицидов, опасную для здоровья. Систематическое применение гербицидов (подряд 3 года и более) полностью снижает эффект от нового, более эффективного сорта или гибрида (Шатилов И.С.). Установлено, что от прямого отравления пестицидами в мире ежегодно погибает около 10 тысяч человек, гибнут леса, птицы, насекомые. Значительная часть пестицидов оказывает мутагенное действие. В настоящее время отмечаются высокие загрязнения почв фосфорорганическими пестицидами (фозалоном, метафосом), гербицидами (2,4-Д, трефланом, трихлорацетатом натрия и др.).        

Общепринятое название химических средств защиты растений – пестициды. Они подразделяются на гербициды, используемые для борьбы с сорняками; инсектициды – для борьбы с вредными насекомыми; фунгициды – для борьбы с грибными болезнями растений и различными грибами; зооциды – для борьбы с вредными позвоночными; родентициды – для борьбы с грызунами; бактерициды – для борьбы с бактериями и бактериальными болезнями растений; алькоциды – для уничтожения водорослей и корней растительности в водоемах; дефолианты – для удаления листьев и ботвы; десиканты – для подсушивания листьев перед уборкой; ретарданты - для торможения роста растений и повышения устойчивости их к полеганию. В ряде стран с развитым сельским хозяйством гербициды (от общего объема средств защиты растений) составляют 65%; инсектициды – 10%; фунгициды – 20%. Пестициды применяются в различных формах: пыль, порошки, гранулы, капсулы, растворы, суспензии, аэрозоли, пены, газы, пары, пасты и т.д.  

По химическому составу наиболее распространены хлорорганические пестициды – галоидопроизводные полициклических и ароматических углеводородов, углеводородов алифатического ряда; фосфорорганические пестициды – сложные эфиры фосфорных кислот; карбаматы – производные карбаминовой, тио- и дитиокарбаминовой кислот и азотсодержащие пестициды – производные мочевины, гуанидина, фенола. По устойчивости к разрушению пестициды делят на очень стойкие (время разложения на нетоксичные компоненты свыше двух лет), стойкие (0,6 мес. – 24 месяца), умеренно стойкие (до 6 месяцев), малостойкие (до 1 месяца). Наименее стойкими являются хлорорганические пестициды, для них, в большей степени, выражен и кумулятивный эффект.  

Для прогноза поведения пестицидов в почвах важна их классификация, в зависимости от поведения при адсорбции. Выделяются катионные пестициды (дипиридилы), щелочные (симтриазины), кислые (симтриазоли, хлорфеноацетатная кислота, бензойная кислота, пиколиновая кислота, фенолы), неионные пестициды (органо-галогенные углеводороды, фосфорорганические соединения, динитроанилин, фенилкарбаматы, фенилмочевина, анилид, фениламид, тиокарбонаты, бензонитрилы) (Реуце К.).

Существуют следующие системы классификации пестицидов по степени опасности для живых организмов. Токсиколого-гигиеническая классификация, разработанная под руководством Медведя Л.И., предусматривает деление пестицидов на четыре класса опасности по токсичности и другим свойствам, в том числе по отдаленным последствиям. Экотоксикологическая классификация, предложенная Соколовым М.С. и Стрекозовым Б.П., основана на оценке степени отрицательного действия пестицидов на биоту (в баллах) по признакам: персистентности в почве, транслокации в растениях, биоаккумуляции по трофическим цепям, токсичности для полезной фауны. Целесообразно пользоваться шкалой интегральной классификации, включающей две категории показателей: токсиколого-гигиеническую (категория А) и экотоксикологическую (категория Б), согласно уравнению: Со = (КА + КБ) – 1. По этой шкале предусматривается семь степеней опасности: пестициды 1 и 2 степени характеризуются, как очень опасные, 3 степени – опасные, 4 и 5 – умеренно опасные, 6 и 7 – малоопасные.  

Оптимальный вариант химической защиты растений выбирают на основе оценки уровня потенциальной опасности последствия применения пестицидов. Для расчетов используют модель, включающую три параметра. Во-первых, среднюю взвешенную степень опасности используемого ассортимента пестицидов (Q). Во-вторых, усредненную нагрузку пестицидов на территорию хозяйства (Д). В-третьих, толерантность территории к пестицидной нагрузке, которая оценивается индексом способности земельных угодий к самоочищению (И). Он отражает интенсивность деструкции пестицидов, в зависимости от почвенно-климатических условий, и изменяется от 0,1 балла для ландшафтов сухих степей и солончаков до 1 балла – для ландшафтов окультуренных черноземных почв в зоне достаточного влагообеспечения. Различной способности к самоочищению соответствуют следующие индексы: очень интенсивная – более 0,8 балла; интенсивная – 0,6-0,8; умеренная – 0,4-0,6; слабая – 0,2-0,4; очень слабая – менее 0,2 (Соколов М.С.). Прогнозируемое загрязнение пестицидами сельскохозяйственных угодий (V) выражается интегральным показателем, учитывающим три указанных ранее параметра: V = Д / (QИ) условных кг на га.

Уровень потенциальной опасности пестицидов может быть охарактеризован агротоксиколого-экологическим индексом – АЭТИ: АЭТИ = [10V(1+V)3]: [(1+V)4 + 5000]. При АЭТИ от 0 до 1 опасность загрязнения мала; от 1 до 4 – средняя опасность загрязнения; 4-8 – повышенная; 8-10 – высокая. При гигиенической регламентации нормируется максимально допустимый уровень содержания пестицидов в продуктах урожая (МДУ), предельная концентрация (ПДК) их остатков в почве, в воде, воздухе. Основные гигиенические регламенты: максимальная норма расхода (кг/га) и кратность применения одного и того же препарата за сезон, срок последней обработки культуры до сбора урожая (срок ожидания), сроки выхода людей на поле после обработки пестицидами. Эти регламенты указываются во всех справочниках по борьбе с вредителями, болезнями растений и сорняками.  

При проведении мониторинга и при прогнозировании поведения пестицидов на агрогеохимическом фоне используют картографические подходы. Картосхемы подразделяются на три типа: прогнозные, мониторинговые и оценочные. Ниже дано изложение этого вопроса Галиулину. Первый тип карт позволяет прогнозировать поведение пестицидов в окружающей среде, исходя, в целом, из ландшафтно-геохимических или почвенно-геологических, гидрогеологических и других особенностей исследуемой территории. Второй тип карт позволяет определить источники загрязнения пестицидами окружающей среды, места отбора природных образцов для химического анализа. Третий тип карт позволяет оценивать фактическое поведение пестицидов в различных компонентах окружающей среды (почвенном покрове, водных источниках и биоте). В целом, названные карты представляют собой оперативные документы для использования в системе экологически безопасного применения пестицидов в сельском и лесном хозяйстве, а также в здравоохранении при борьбе с переносчиками инфекционных заболеваний человека и животных.    

Поглощение пестицидов почвами По данным Горбунова Н.И. и Орлова Д.С., поглощение органических веществ минеральной частью почвы зависит от следующих факторов: 1) структурно-геометрических условий – межслоевого расстояния в минералах, размера и формы молекул органических веществ, их конденсатов, микрорельефа, поверхности минералов; 2) природы сил связи; 3) химического состава реагирующих частиц; 4) состояния веществ – степени пептизации, дисперсности, окристаллизованности, старения, состояния геля или золя, гидрофильности и гидрофобности, присутствия и размера защитных пленок; 5) условий среды.  

По данным ряда авторов, адсорбция пестицидов почвами зависит от типа почв и характеризуется константой адсорбции, которая является относительно постоянной величиной. Адсорбция зависит от емкости обмена почв, рН, содержания органического вещества (Osgerby J.M.), от химического сродства компонента к почве (Xaron Bruno), от удельной поверхности почв (Mustafa M.A.), от насыщенности почв основаниями (Singhal J.P.), от образования комплексов, степени разбухания минерала, слоевого заряда, концентрации пестицида, времени взаимодействия, природы обменных катионов (Sanchez Camazano M), от содержания органического вещества и глины (Witt W.W.). Очевидно, что для разных групп пестицидов природа их сорбции будет неодинаковой, а, следовательно, и разные свойства почв будут в наибольшей степени определять адсорбцию.    

Большое значение при оценке поведения пестицидов в почвах имеет природа их сорбции. Muller-Wegener U. установлено, что гуминовые кислоты образуют с симм-триазинами электронные донорно-акцепторные комплексы. По данным Gumar Y., адсорбция диквата и пераквата почвами аридной зоны подчинялась линейной форме уравнения Лэнгмюра и включала два механизма – сильную адсорбцию и адсорбцию обменной природы, обусловленную электростатическими взаимодействиями. Singhal J.P. отмечает для адсорбции никотина на каолините и телона на иллите хемосорбцию.    

Реуце К. приводит следующие механизмы адсорбции пестицидов: а) адсорбция силами Ван-дер-Ваальса – включение в процесс адсорбции неионных молекул пестицидов в недиссоциированном состоянии на почвенных адсорбентах (адсорбция карбарила и паратиона почвенным органическим веществом, а также пиклорама гумусовыми веществами); б) адсорбция гидрофобными взаимодействиями путем связывания гидрофобных участков неполярной части молекулы органического вещества почвы с пестицидом (этот тип связи характерен для адсорбции хлорорганических инсектицидов на органическом веществе почвы, он чаще не зависит от рН); в) адсорбция водородными связями, при которой атом водорода формирует мостик между двумя отрицательно заряженными атомами (один из них связан ковалентной связью, а другой – электростатическими силами; этот механизм проявляется при адсорбции симм-триазинов органическим веществом почвы, а также органических пестицидов глинистыми минералами); г) адсорбция передачей электронов от доноров к акцептору (этот механизм связи отмечается при образовании комплексов между гумусовыми веществами и гербицидами на основе дипиридилов); д) адсорбция за счет ионного обмена, что отмечается при адсорбции таких гербицидов, как паракват и дикват органическим веществом и глинистыми минералами; при сорбции пестицидов со слабощелочной реакцией; е) адсорбция за счет образования координационных связей путем обмена лигандами (это отмечается в том случае, когда ионы переходных металлов становятся центрами адсорбции на поверхности илистых частиц.  

При поглощении пестицидов почвой возможно как катализирование, так и ингибирование их разложения. Ингибирование их разложения будет наблюдаться при их сорбции в межпакетном пространстве минералов, при блокировке их различными пленками, при увеличении прочности связи с твердой фазой функциональных групп сорбата, подвергающихся разложению. Увеличение разложения и его катализ будут наблюдаться в том случае, если при сорбции функциональные группы сорбата, подвергающиеся разложению будут связаны с остальной молекулой и твердой фазой менее прочно, а также в том случае, если будут созданы лучшие условия развития микроорганизмам, участвующим в разложении.  

Разложение пестицидов в почве Пестициды в почве подвергаются разложению, обусловленному небиотическими и биотическими факторами и процессами. Небиотическое разложение. Глины, окислы, гидроокислы и ионы металлов выполняют роль катализаторов в реакциях разложения пестицидов. При участии воды идет гидролиз пестицидов. Свободные радикалы гумусовых веществ изменяют устойчивость молекул гербицидов к разложению. Рэуце К. выделяет следующие пути небиотического разложения пестицидов: 1) Разложение при гидролизе, особенно хлорорганических инсектицидов, триазиновых гербицидов, на которое оказывает влияние температура, влажность, рН. Гидролиз сильнее протекает на почвах с сильно кислой реакцией среды и при большом содержании органического вещества. Влажность почв, состав обменных катионов и минералогический состав влияют на разложение пестицидов очень существенно, но для разных групп пестицидов установлены свои зависимости. 2) Реакции разложения окислительно-восстановительного типа, которым подвергаются серосодержащие пестициды. 3) Разложение, связанное с образованием нитрозосоединений. Реакции протекают при величине рН=3-4 и при избытке нитратов. 4) Реакции разложения, связанные с присутствием в почве свободных радикалов. 5) Фотохимическое разложение пестицидов под действием солнечной радиации.

Пути оптимизации обстановки В сельскохозяйственной агроэкосистеме взаимодействует множество природных факторов, определяющих развитие болезней, вредных насекомых и сорняков. Задача состоит не в полном уничтожении вредителей и сорняков, а в поддержании их численности на том уровне, который не приводит к ощутимым экономическим потерям. Необходима комплексная система мер защиты растений, включающая агротехнические, биологические, карантинные, механические, селекционные, семеноводческие, физиологические и химические способы. В соответствии с существующими рекомендациями, необходимо полностью исключить применение синтетических органических пестицидов второй и третьей генераций в период вегетации растений в овощеводстве защищенного грунта, на плантациях косточковых и ягодных культур, за счет использования устойчивых сортов, агротехники и замены химических пестицидов биологическими препаратами, физическими приемами и средствами.

Биологические способы защиты растений Основное направление биологического способа защиты растений – это использование полезных насекомых и клещей в борьбе с вредными. Первые представлены в природе хищниками, питающимися особями вредителей и паразитами, живущими внутри или на теле вредителя. Наиболее известные и широко используемые хищники – это божьи коровки, златоглазки, жужелицы, мухи-журчалки, муравьи. Из числа паразитов для биологической защиты наиболее часто применяют перепончатокрылых насекомых: трихограмм, браконидов, ихневмонидов, телемонусов, энкарзий и мух (Тажинов и др.) Среди биологических средств борьбы с вредителями и болезнями наиболее часто используют следующие энтомофаги (Твердюков А.П. и др.). Для борьбы с паутинным клещом на огурцах и томатах – фитосейулюс. Для борьбы с тепличной белокрылкой на огурцах, томатах и перце – энкарзию и макролофус; для борьбы с тлями – галлицу афидимиза, златоглазку обыкновенную, афидиус, циклонеду, кокципеллиды, микромус. Для борьбы с паутинным клещом на декоративных культурах – метасейлюс. Для борьбы с вредителями и болезнями используют следующие биопрепараты: для борьбы с галловыми нематодами на огурцах и томатах – нематофагин; для борьбы с паутинным клещом на огурце – битоксибациллин; для борьбы в корневыми гнилями на огурцах и томатах – триходермин; для борьбы с мучнистой росой – амнеломицин и т.д.

Микробиологические средства защиты растений создаются на основе существующих в природе микроорганизмов: бактерий, грибов, вирусов и т.д. Основным их преимуществом является специфичность – способность поражать определенные виды вредных организмов, не причиняя вреда человеку, теплокровным животным, птицам и полезным насекомым. Микроорганизмы, выделяемые из природной среды и вносимые опять в естественные условия, в качестве инсектицидов, позволяют избежать нежелательных изменений в биоценозах.    

Оптимизация роста и развития растений Большое значение для борьбы с вредителями и болезнями растений может играть оптимизация условий роста и развития растений. Устойчивость растений к вредителям и болезням значительно уменьшается, в случае их ослабленного развития при недостатке элементов питания и в стрессовых ситуациях. В то же время устойчивость растений к действию вредителей и болезней понижается и при перекорме растений (часто азотном), при несбалансированном питательном режиме. В ряде работ показана эффективность внесения смеси гербицидов с удобрениями, ретардантами, ингибиторами нитрификации. Оптимальные дозы ядохимикатов определяются культурой, фазой развития растений, засоренностью, свойствами почв, климатическими условиями, условиями питания. По данным ряда авторов (Минеев В.Г.), действие гербицида на сорняки возрастает на удобренных вариантах.

В то же время, с нашей точки зрения, и сорняки будут более устойчивы к гербицидам при оптимизации их питания. Очевидно, существует следующая зависимость: и сорняки, и с/х культуры лучше развиваются и более устойчивы к гербицидам при хорошем питании. Однако, при хорошем питании сорняки находятся в равном положении с с/х культами по условиям роста и развития (т.к. корневая система сорняков, как правило, обладает большей поглотительной способностью к элементам питания, чем у культурных растений). Поэтому культуры имеют больше возможностей обогнать сорняки в росте и развитии и подавить их. Это усиливается при селективном угнетении сорняков гербицидами. В условиях плохого питания культурные растения, несмотря на гибель сорняков, развиваются плохо и их постепенно начинают угнетать другие сорняки. В условиях оптимального питания чаще наблюдается и минимальное накопление гербицидов в растениях. Багаев В.В. отмечает, что оптимальный (но не избыточный) питательный режим оказывает защитное действие на растения в отношении гербицидов.    

Оптимизация роста и развития растений, за счет подбора сочетания культур Состояние растений, а, следовательно, их устойчивость к болезням и вредителям зависят от действия растений, находящихся рядом. Растения действуют друг на друга, за счет различных физических полей (есть растения доноры и акцепторы), воздушных выделений, корневых выделений, изменения почв в результате развития культур, связанных как с накоплением в почве органических соединений, образующихся в результате разложения растительных остатков, так и с избирательным потреблением из почв отдельных элементов. Воздушные выделения одних растений действуют на другие растения. Эффект такого действия может быть как положительным, так и отрицательным.      

Задание для самостоятельной работы 1. Используя литературные источники, оценить устойчивость отдельных пестицидов в разных типах почв. 2. Указать параметры почв. усиливающие сорбцию пестицидов, их разложение

Вопросы и задания для проверки знаний 1. Обоснуйте необходимость использования пестицидов в сельском хозяйстве. 2. Укажите цели применения гербицидов, инсектицидов, фунгицидов, зооцидов, бактерицидов. 3. По каким параметрам оценивают опасность пестицидов? 4. Охарактеризуйте поглощение пестицидов почвами. 5. Укажите пути оптимизации обстановки при загрязнении почв и с/х продукции пестицидами.

Литература Агроэкология, под ред. Черникова В.а., чекереса А.И., М., Колос, 2000, 536 с. Кашья П.В. Пестициды и трансгенные растения, как международная экологическая проблема 21 века, М., 1998, 167 с. Лунев М.И. Пестициды и охрана агрофитоценозов, М., Колос, 1992 Твердюков А.П., Никонов П.В., Ющенко Н.П. Биологический метод борьбы с вредителями и болезнями в защищенном грунте, М., Колос, 1993, 159 с. Савич В.И., Парахин Н.В., Сычев В.Г. и др. Почвенная экология, Орел, ОГАУ, 2002, 545 с.