Вплив пестицидів на ґрунтову мікрофлору

При безпосередньому внесення пестицидів в грунт або при їх проникненні в грунт з опадами, вони можуть зберігається в ній протягом тривалого часу і чинити певний вплив на грунтову мікрофлору, якій налічується 80-100 млн і більше в 1 см3 грунту. Характер і ступінь цього впливу різні і залежать від властивостей і норми витрати самого препарату, тривалості його збереження в грунті, видового складу мікроорганізмів, механічного складу і структури ґрунту, температури, вологості, мікробіологічної активності грунту та інших факторів.

Дія пестицидів оцінюють на основні групи ґрунтових мікроорганізмів шляхом визначення наявності їх в грунті і співвідношення мікроорганізмів з різних груп до і після обробки його пестицидами.

Пряма дія на грунт оцінюється за кількома показниками, які використовуються в грунтознавстві. Обов`язково оцінюється дія препаратів на основні групи ґрунтових мікроорганізмів, що здійснюється шляхом визначення наявності їх в грунті і співвідношення мікроорганізмів різних груп до обробки і після обробки його пестицидом.

Крім того, визначається активність нитрифицирующих бактерій, а також фіксаторів азоту - азотобактера. Пригнічення нитрифицирующих бактерій викликає порушення азотного обміну і накопичення в грунті токсичних нітратів.

Грунтові мікроорганізми мають різну чутливість до дії інсектицидів. При ускладненні клітинної структури мікроорганізмів спостерігається підвищення чутливості до цих сполук. Чутливість окремих груп мікроорганізмів до інсектицидів зростає в ряду: бактерії, актиноміцети, гриби. Навіть серед бактерій нитрифицирующие і деякі аеробні бактерії, що розкладають целюлозу, більш чутливі до інсектицидів, ніж азотобактер. Тому тривалий і систематичне застосування інсектицидів може викликати деяку перебудову мікробного ценозу грунту та накопичення в ньому целюлози рослинних залишків.

Фунгіциди, що застосовуються для протруєння насіння, негативно впливають на ґрунтову мікрофлору. Препарати, що використовуються для захисту рослин від хвороб в період вегетації, не впливають на чисельність грунтових мікроорганізмів.

Гербіциди порівняно швидко розкладаються в грунті і застосування в рекомендованих нормах в цілому не впливає негативно на мікрофлору грунту. При безпосередньому внесення їх в грунт, особливо в підвищених дозах, спостерігається тимчасові перегрупування в складі мікрофлори. Іноді настає недовгий період депресії активності мікрофлори, яка відновлюється завдяки появі стійких мутантних форм або за рахунок утворення ферментів, які гідролізують препарат.

Залежно від швидкості розкладання препарату в навколишньому середовищі, все сучасні препарати діляться на шість груп:

1. термін розкладання менше трьох місяців-
2. від трьох до шести місяців-
3. шести до дванадцяти місяців-
4. дванадцяти до вісімнадцяти місяців-
5. двох років-
6. з тривалістю повного розкладання більше двох років.

Цілком очевидно, що швидкість розкладання пестициду залежить не тільки від його фізико-хімічних властивостей і будови, але і від грунтово-кліматичних умов регіону. Так, розкладання будь-якого органічного пестициду виконується швидше в жаркому і вологому кліматі, ніж в холодному і сухому. У зв`язку з цим наведена вище класифікація пестицидів за швидкістю їх розкладання в навколишньому середовищі носить умовний характер, адже той же препарат в різних кліматичних умовах буде розкладатися в різний період часу (рис.).

Залежно від середовища змінюються фактори, що впливають на розкладання токсиканти. В атмосфері пари пестициду схильні до дії сонячного випромінювання, води і кисню повітря, а в деяких випадках - і озону. Головними реакціями розкладання пестицидів в атмосфері є: гідроліз паром води, окислення киснем і озоном, а також фотохімічні перетворення. Чим інтенсивніше освітлення, тим швидше відбуваються процеси розкладання препарату в атмосфері. Крім того, частина препарату розсіюється в верхніх шарах атмосфери. У більшості випадків розкладання препаратів відбувається досить швидко і повинен бути завершений протягом декількох годин. Однак не завжди фотохімічні розкладання відбувається з утворенням найпростіших продуктів окислення вихідного пестициду. У деяких випадках утворюються складні продукти конденсації, яких потім потрапляють у водойми і в грунт, де і відбувається їх подальша деструкція. Це особливо часто спостерігається для складних азотовмісних сполук типу заміщених сечовини або дінітроанілінов.

У водних системах в розкладанні пестицидів беруть участь не тільки хімічні фактори (реакції окислення і гідролізу), але і гідробіонти, в організмі яких відбуваються процеси розпаду препаратів. Персистентні препарати здатні накопичуватися в організмі гідробіонтів, що в деяких випадках негативно позначається на життєдіяльності, а іноді призводить до їх загибелі. У водному середовищі швидко руйнуються органічні сполуки фосфору, синтетичні піретроїди, ефіри карбонових кислот, похідні карбамінової і тиокарбаминовой кислот, гербіцидні похідні сечовини та ін.

Фотохімічні розкладання пестицидів у водному середовищі відбувається в самих різних напрямках, але в основному - з утворенням в кінцевому підсумку найпростіших продуктів.

Пестициди в грунті видозмінюються або зовсім розкладаються також в результаті фізико-хімічних процесів, мікробіологічного розкладання, поглинання вищими рослинами, грунтової фауною. Вони видаляються з грунту в результаті вивітрювання, випаровування з парою води, вимивання водою, винесення рослинами.

Значною мірою окремі процеси розпаду пестицидів в грунті залежать не тільки від їх властивостей, а й від властивостей грунту, кліматичних і екологічних факторів.

Пестициди, що вносяться в грунт, знижують свою біологічну активність завдяки адсорбції їх грунтовими колоїдами. Ступінь адсорбції більшості інсектицидів і гербіцидів посилюється в грунті, що містить перегній, в порівнянні з суглинком. Встановлено залежність адсорбції від рН і гидролитической кислотності грунту. Наприклад, адсорбція 2,4-Д і 2М-4Х підвищується при зниженні рН ґрунтового розчину. Крім змісту і властивостей грунтового гумусу важливе значення для адсорбції препаратів має механічний склад, вміст глиняної і мулистій фракцій грунту.

Опади і температура також впливають на адсорбцію токсикантів. Це має практичне значення, оскільки внесення в ґрунт гербіцидів в холодну і сиру погоду супроводжується адсорбції їх в поверхневому шарі грунту, завдяки чому вони зберігаються від вимивання і розкладання.

Втрата пестицидів з грунту за рахунок випаровування з водяною парою в основному характерна для гербіцидів з високою пружністю пара, як гезагард, дуал, ерадікан, трефлан. Закладення таких препаратів відразу після обприскування грунту значно скорочує їх втрати в парообразной формі.

Пестициди можуть розкладатися під впливом сонячного світла. При цьому в процесі фотоокислення деяких з них, а також метаболітів істотна роль належить довгохвильовому ультрафіолетовому сонячному випромінюванню (290-400 ммк). Під впливом сонячної радіації втрачають свою токсичність і гербіциди, і інсектициди.

Е.М. Мішустін (1964) підкреслював, що немає таких форм органічних природних і штучних з`єднань, які не використовувалися в якості джерела живлення певними видами ґрунтових мікроорганізмів. Бактерії, які беруть участь в трансформації і детоксикації пестицидів, в основному відносяться до безспорові формам: Pseudomonas, Arthrobacter, Mycobacterium.

В порядку Actinomycetales найбільший інтерес представляє рід Nocardia. Серед нижчих грибів в деградації пестицидів найбільшу роль відіграють види, що відносяться до Fusarium, Aspergillus, Pénicillium. Але ефективна детоксикація відбувається тільки при застосуванні препаратів в концентраціях, нетоксичних для цих організмів.

Для підвищення ролі мікроорганізмів в трансформації пестицидів необхідно внесення активних форм в грунт і створення відповідних умов для їх життєдіяльності.

Механізм метаболізму пестицидів під впливом ґрунтових мікроорганізмів зводиться до наступних основних реакцій: дегалогенірованіе, дезалкілування, окислення, відновлення, гідролітичні розщеплення ефірного зв`язку.

Дезалкілування є негидролитическим шляхом розкладання в грунті деяких груп гербіцидів, таких як гербіциди з простої ефірної зв`язком (2,4-Д, 2М-4Х).

Гідролітичні шлях розкладання в грунті характерний для пестицидів, до складу яких входять ефіри і аміди.

Важливе значення в розкладанні інсектицидів і гербіцидів має їх окислення в грунті мікроорганізмами. Серед сучасних інсектицидів, як правило, більш стійкими до мікробіологічного розкладання є синтетичні піретроїди порівнянні з фосфорорганічними сполуками і карбаматами.

Фунгіциди, які використовуються для обробки насіння і обприскування рослин в період вегетації, менше розкладаються в грунті під впливом мікрофлори через сильну бактерицидну і фунгіцидну дію.

Поглинання і винесення пестицидів з грунту рослинами багато в чому залежить від їх видових особливостей. За деякими даними, при однакових умовах (тип ґрунту, її температура і вологість, норма витрати препарату) менше інсектицидів виноситься з грунту на ділянках, де вирощується горох, картопля, і найбільше - де вирощується кукурудза. В цілому на посівах просапних культур і на паровому полі детоксикація пестицидів відбувається більш інтенсивно, що пов`язано з активними мікробіологічними процесами.

Особлива роль у вилученні гербіцидів з грунту належить рослинам, стійким до цих речовин за наявності в них механізмів швидкої детоксикації за допомогою ферментних систем. Швидкість розкладання пестицидів залежить також від віку рослин. У молодих рослинах цей процес відбувається швидше, ніж у старих, що пояснюється більш високою фізіологічною активністю.