Ларина Г.Е. Д.б.н., профессор, кафедра почвоведения, экологии и природопользования Государственный университет по землеустройству ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ СОСТОЯНИЯ АГРОЭКОСИСТЕМ Аннотация В статье экологическое состояние почв сельскохозяйственного назначения оценено инструментальным методом и биоиндикацией. Дан прогноз уровня фитотоксичности почвы после применения гербицидов и предложена коррекция мероприятий по сохранению продуктивности сельхозкультур разных биотипов. Ключевые слова: контроль, биоиндикация, гербицид, почва, фитотоксичность Key words: control, bioindication, herbicide, soil, phytotoxicity Агроэкосистема - это автотрофная экосистема и одновременно производственное предприятие, в котором интересы экономики совпадают с интересами экологии. Управление состоянием агроэкосистемы требует учитывать не только рентабельность, затраты на получение продукции, но и соблюдать условия по охране ресурсов, сохранению биоразнообразия, контролированию загрязнения окружающей среды. Среди основных элементов структуры самоорганизации агроэкосистемы или модулей выделяют «биоценоз поля», который отражает связи культурного растения, фитофагов, энтомофагов, сорняков; «почва – растение» - набор условий для оптимального роста и развития растений. При контроле сорняков, особенно в условиях энергосберегающих технологий, выбор делается в пользу применения гербицидов. Доля сельскохозяйственной продукции в РФ, получаемой за счет применения средств химизации, составляет 50 – 60 %. Широко применяют препараты IV класса опасности на основе новых химических соединений, с малыми нормами расхода, не обладающие кумулятивным эффектом для теплокровных [1,37]. С помощью адаптивного подхода модули агроэкосистемы можно активизировать, например, формируя в «биоценозе поля» полезные симбиотические связи из триотрофов «растение + фитофаг + энтомофаг» и/или поддерживая в модуле «почва – растение» оптимальный уровень плодородия. Важной составляющей таких мер является контроль уровня фитотоксичности почвы и содержания остаточных количеств гербицидов. Поэтому в документе «О безопасном обращении с пестицидами и агрохимикатами» (Приказ МинСельхоза РФ от 10.07.2007 №357) в качестве обязательных закреплены процедуры идентификации остатков пестицидов в компонентах экосистемы инструментальными (или физико-химическими) и биологическими методами. В модулях «биоценоз поля» и «почва – растение» высшее растение (культура, сорняк) является центральным членом консорции (эдификатором) агроэкосистемы. Метод биоиндикации по реакции вегетирующих растений рассматривается как необязательный, т.е. дополнительная процедура. Важность этих данных недооценивается. Высокочувствительные к фитотоксиканту высшие растения идентифицируют чрезвычайно низкие уровни остаточных количеств гербицидов в почве - 0,1-1% от внесенного количества. Целью наших исследований стал инструментальный и биологический контроль модулей «почва-растение» и «биоценоз поля» для выбора экологических мероприятий по управлению состоянием агроэкосистемы. В исследованиях применяли инструментальные методы (хроматография газожидкостная – ГЖХ и высокоэффективная жидкостная – ВЭЖХ) для анализа почвы на содержание действующего вещества (д.в.) гербицида [2]. Одновременно проводили биоиндикацию почвы растениями разных биотипов [3,5;4,14]: Rm - среднеустойчивые (пшеница, подсолнечник) и S – чувствительные (свекла, горчица). В качестве характеристических показателей [5,143] анализировали физико-химические свойства д.в.; период их полуразложения (DT50); индекс персистентности гербицида (Ipers= DT50(min) / DT50(max)); эффективную дозу гербицида, снижающую биомассу индикаторного растения на 50% по сравнению с контролем (ED50); индекс фитотоксичности почвы (Iphytox= ED50(S) / ED50(Rm)). Результаты представлены в таблице 1. Уровень персистентности гербицидов зависит от экофакторов - погодные условия (температура, инсоляция, влажность), физико-химические свойства почвы (кислотность, влажность) и др. Например, скорость разложения имазамокса была выше (особенно в зимний период), чем у имазетапира, в итоге на 445 сутки опыта в дерново-подзолистой почве не обнаружили остатки имазамокса, а содержание имазетапира составило 0,6% от внесенного количества. По причине прочной сорбции гербицидов на основе хлорсульфурона и метсульфурон-метила в условиях высокой гумуссированности и нейтральной/слабощелочной реакции почвы зафиксированы максимальные значения DT50 и высокий уровень фитотоксичности почвы, что негативно отражается на развитии растений биотипа S. Низкие значения Ipers (0,23-0,29) отмечены для дикамбы, бентазона, имазамокса и хлорсульфурона, что связано с широким диапазоном значений DT50 и влиянием экофакторов на процесс разложения д.в. в модуле «почва-растение». Для остальных случаев – первично влияние химической природы д.в. (растворимость в воде и пр.). Низкие значения Iphytox (0,16-0,19) характерны для атразина, метсульфурон-метила и ацетохлора по причине широкого разброса чувствительности разных биотипов растений к изучаемым гербицидам. Высокие значения Iphytox объясняются низкой способностью индикаторных растений нейтрализовать действие гербицидов и возможным накоплением остатков д.в. в тканях. Анализ результатов одновременной индикации инструментальным методом остаточных количеств гербицидов в почве и биологическим - уровня фитотоксичности, продемонстрировал совпадение хода кривых динамики содержания д.в. и кривой суммарной фитотоксичности почвы. Значение коэффициента корреляции (r) между числовыми данными разных методов контроля равнялся 0,85-0,91, что подтвердило тесную связь между этими величинами. Например, к концу вегетационного периода (146 сутки) в пахотном слое содержание имазамокса не превысило 1-2% и имазетапира – 3-5% от внесенного количества: инструментальным методом было идентифицировано 0,14 мг/кг и 0,92 мг/кг, биоиндикацией – 0,4 и 4,2 мг/кг соответственно. Для сульфонилмочевинных препаратов установлено на 60 сутки эксперимента содержание хлорсульфурона 0,71 мг/кг (метод инструментальный) и 0,92 мг/кг (биоиндикация); метсульфурон-метила – 0,14 мг/кг и 0,74 мг/кг соответственно. В итоге получаемые разными методами данные однозначно сопоставимы, но в разные сроки отбора биологическим методом определялось количество препарата на 7-15% больше, чем инструментальным. Это связано с тем, что методом биоиндикации определяется суммарная оценки фитотоксичности исходного соединения и его метаболитов. Поэтому рассчитанные по калибровочным кривым биологического метода значения содержания остатков гербицидов в почве не являются абсолютными и демонстрируют вероятный уровень фитотоксичности препарата в почве. С учетом данных инструментального и биологического контроля были проанализированы варианты состояния агроэкосистемы и пути решения по выбору экологических мероприятий: Ситуация 1: содержание гербицидов в почве превышает ПДК, уровень фитотоксичности высокий – необходимо корректировать севооборот (рекомендации на примере таблицы 2), комплекс агрохимических мероприятий (применение агрохимикатов и пестицидов в целях воспроизводства плодородия земель). Ситуация 2: содержание гербицидов в почве превышает ПДК, уровень фитотоксичности низкий - корректировка севооборота. Ситуация 3: содержание гербицидов в почве не превышает ПДК, уровень фитотоксичности высокий - комплекс агрохимический мероприятий. Ситуация 4: содержание гербицидов в почве не превышает ПДК, уровень фитотоксичности низкий – не требуется специальных решений. Итак, комплексный подход за контролем состояния агроэкосистем (инструментальными или физико-химическими методами и биоиндикацией высшими растениями) полезен и эффективен для решения научных и практических задач. Таб. 1. Показатели поведения гербицидов в модуле «почва-растение» Действующее DT50 ± SE, ED50, г/га ED50, г/га вещество Ipers Iphytox сут. (S) (Rm) препарата бентазон 38 ± 24 1 3 0,23 0,33 атразин 52 ± 23 3 16 0,39 0,19 дикамба 9±5 1 3 0,29 0,33 ацетохлор 23 ± 11 14 79 0,36 0,18 имазамокс 44 ± 27 4 10 0,24 0,36 имазетапир 82 ± 31 3 8 0,45 0,39 метсульфурон18 ± 8 1 5 0,38 0,16 метил хлорсульфурон 98 ± 62 1 4 0,23 0,17 Примечание: SE - стандартное отклонение; предел обнаружения инструментального метода в почве 0,01-0,001 мг/кг и уровень идентификации фитотоксичности почвы 0,1-0,5 г/га. Таб. 2. Сроки (мес.) посева сельхозкультур севооборота после применения гербицидов на предшествующей культуре Действующее зерновые подсолнечни зерновещество картофель кукуруза свекла колосовые к бобовые препарата бентазон 0 0 0 0 0 1 атразин 0 0 5-7 4 5 5 дикамба 0 1 0 2 2-3 2 ацетохлор 3 0 3 3 3 12 имазамокс 12 12 4-12 12 4 18 имазетапир 12 12 12-18 18 4-12 30 метсульфурон24 12 1 24 12 36 метил хлорсульфурон 24 12 1 24 12 36 Литература 1. H. H. Мельников. Пестициды. Химия, технология и применение. - M., Изд-во Химия, 1987. - 712 с. 2. The Pesticide manual. The British Crop Protection Council 11-th / By ed. C.D.S.Tomlin. – UK. 1997. - 1606 P. 3. D.S.Kim, et.al. - Modelling herbicide dose and weed density effects on crop: weed competition // Weed Research. - 2002. - V.42. - P.1-13. 4. Г.Е. Ларина и др. - Оценка и прогноз гербицидной активности сульфонилмочевинных и имидазолиноновых гербицидов // Агрохимия. - 2004. - №1. - С.11-24. 5. Фитосанитарная безопасность агроэкосистем: Материалы межд. науч. конф., 7-9 июля 2010 г./ НГАУ. – Новосибирск, 2010.- 318с.