АНАЛИЗ АГРОХИМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВЫ ПОСЛЕ ОБРАБОТКИ ПРЕПАРАТОМ «ХАКЕР» И ОЦЕНКА ЕГО ВЛИЯНИЯ НА РОСТ И РАЗВИТИЕ ТЕСТ-ОБЪЕКТА (НА ПРИМЕРЕ ГОРЧИЦЫ БЕЛОЙ, SINAPIS ALBA L.)

Борьба с нежелательными растениями является неотъемлемой частью агроэкосистем и играет ключевую роль в достижении высокого потенциала сельскохозяйственных культур, так как способствует предотвращению экономических потерь от сорной растительности.

Семена растений семейства крестоцветных широко используются в биотестах, поскольку имеют небольшие размеры, малый запас питательных веществ и, следовательно, более подвержены влиянию внешней среды

По горчице белой также проводилось исследование по влиянию на нее гербицида – метсульфурон-метил. По мере увеличения концентрации препарата было отмечено ее полное угнетение роста, вплоть до полной гибели тест-объектов почти со 100% на самой высокой концентрации в 4г/га

Для нашего исследования наиболее важным являлось рассмотреть влияние гербицида «Хакер» с точки зрения токсиканта для почвы и стимулятора роста для тест-культуры горчицы белой. Препарат «Хакер» – системный гербицид для борьбы с однолетними и многолетними двудольными сорняками, действующим веществом которого является клопиралид (C6H3Cl2NO2). Клопиралид не подвержен фото- или химической деградации, не адсорбируется на частицах почвы, что повышает риск загрязнения поверхностных и грунтовых вод. В лабораторных условиях были проведены исследования по фотохимическому окислению клопиралида под воздействием ультрафиолетового излучения, доказано, что клопиралид и его комплексы с металлами трудно разлагаются под действием УФ-облучения, основные продукты разложения хлорбензолы и хлорбутанолы. Продукты фотохимической деградации являются не менее токсичными соединениями, однако легко разрушающиеся микроорганизмами активного ила

Стимуляция роста растений может увеличивать урожайность сельскохозяйственных культур, сокращать сроки созревания и повышать питательную ценность плодов, улучшать устойчивость культуры к болезням, заморозкам, засухе и другим неблагоприятным факторам, ускорять прорастание семян, уменьшать опадение завязей и примерное. Роль гербицидов в борьбе с сорняками понятна, а вот их влияние, как стимуляторов роста и развития растений не всегда ясна ввиду отсутствия данных.

Химическая формула и структура ауксинов и клопиралида схожи, что может объяснять их влияние на точки роста побегов и изменения в структуре листьев. После опрыскивания клопиралид попадает в клетку растения и перемещается из клетки в клетку посредством полярного транспорта, частично по флоэме

По данным зарубежной литературы была проведена экспертная оценка возможного риска активного вещества – клопиралид. Были сделаны следующие выводы: в общем представлении клопиралид обладает очень высокой подвижностью в почве, отмечена высокая мобильность в зерновых культурах; адсорбция клопиралида не зависит от pH

Изучая ранее проведенные исследования действия клопиралида на различные тест-культуры (семейства зерновых, пасленовых, маревых и др.), практически отсутствуют данные по его воздействию на культуры семейства крестоцветные

В данном исследовании проведено биотестирование образцов почвы после ее обработки препаратом «Хакер» в различных концентрациях с последующим определением фитотоксичности методом проростков и анализом агрохимических показателей.

Фитотоксичность – способность пестицидов или других веществ оказывать токсическое (отравляющее) воздействие на растения, способность химических веществ (в т.ч. ПАВ), растворенных в воде, угнетать (ингибировать) прорастание семян высших растений. Особенно важна роль фитотоксичности при мониторинге загрязненных химическими веществами почв. Начало проявления фитотоксичности тесно связано с предельно допустимой концентрацией токсикантов. Так, например, уменьшение числа проростков по одному из методов фитотоксичности в загрязненной почве, по отношению к контрольному варианту более чем в несколько раз, говорит о значительной степени ухудшения состояния почв и грунтов: снижении продуктивности, уменьшении плодородного слоя, утрате способности почвы к самоочищению и самовосстановлению, вплоть до полной эрозии или опустынивания

В качестве объектов исследования были взяты семена горчицы белой (Sinapsis alba l.), сорт «Радуга». Выбранная культура обладает повышенной чувствительностью к загрязняющим веществам, отличается быстрым прорастанием семян, а побеги и корни под действием загрязнителей подвергаются заметным морфологическим изменениям

Для обработки всходов был выбран пестицид «Хакер» – системный послевсходовый гербицид избирательного действия, направленный для борьбы с некоторыми однолетними и многолетними двудольными сорняками, в том числе трудноискоренимыми видами (бодяк полевой, виды ромашки, осота и горца). Действующее вещество – клопиралид (C6H3Cl2NO2). Отличается избирательностью по отношению к зерновым, культурам семейства крестоцветные, льну и сахарной свекле. В связи с тем, что некоторые овощные культуры, такие как томаты, подсолнечник, горох, чечевица, салат-латук, перец, фасоль, виноград чувствительны к клопиралиду на достаточно низком уровне (10 мг/кг), в сельскохозяйственной практике данный гербицид применяют избирательно. Класс опасности для человека – умеренно опасный. Препаративная форма – водорастворимые гранулы.

При существенных различиях стандартизированных методов фитотестирования, основное – фаза проведения теста (проращивание культуры в водной вытяжке или в твердом субстрате) и сроки проведения эксперимента, было предложено объединить некоторые официальные методики. За основу был взят документ – ФР.1.39.2006.02264, где параметр тест-культуры – длина корней и побегов.

Проращивание в грунте было выбрано, на основании имеющихся данных, что результаты смежных исследований в почве и в водной вытяжке разняться. Считается, что тест-культура более достоверно реагирует на токсикант в почве, чем в водной вытяжке. Наше исследование было проведено на универсальном грунте (табл. 1), чтобы почвенные условия были стандартизированы и была возможность посмотреть достоверную реакцию тест-культуры только на токсикант.

Чтобы оценить степень токсичности исследуемых почв были произведены расчеты степени изменения длины корней всходов пшеницы на почве по сравнению с контрольным образцом в процентах. Если значение N2 имеет отрицательное значение, то есть техногенно загрязненная почва оказывает стимулирующее действие на рост и развитие всходов растения, то такую пробу автоматически относят к категории V – практически не токсичные (табл. 2)

В агрохимических исследованиях широко используют практические и математические методы для оценки точности опытов и достоверности полученных результатов. Это позволяет выявить зависимости между объектами анализа, например, токсикантами и растениями. Применялся корреляционный и дисперсионный анализ полученных данных.

Методики выполнения лабораторных анализов:

– ГОСТ Р 52838-2007, определение накопления сухого вещества в растении;

– ГОСТ 28268-89, «Почвы. Методы определения влажности, максимальной гигроскопической влажности и влажности устойчивого завядания растений» от 1990-06-01;

– ГОСТ 26483085, «Почвы. Приготовление солевой вытяжки и определение ее рН по методу ЦИНАО» от 01.07.1996;

– Определение органического вещества в почве методом сухого озоления по Г.Г. Густавсону;

– ГОСТ 26489-85, «Почвы. Определение обменного аммония по методу ЦИНАО» от 26.03.1985;

– ГОСТ 13496.4-2019, «Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Методы определения содержания азота и сырого протеина»;

– ГОСТ 26657-97, «Корма, комбикорма, комбикормовое сырье.

– ГОСТ Р 54650—2011 Определение подвижных соединений фосфора и калия по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО.

Все подобранные концентрации препарата для полива разводили в 50 мл воды. После чего производилась обработка всходов для каждого варианта опыта. Для того чтобы определить влияние пестицидов на рост проростков, в возрасте 10 суток, учитывали для контрольных и испытуемых проб среднее арифметическое результатов измерений, полученных в условиях повторяемости, равной 10 (табл. 3).

Препарат «Хакер», относящийся к группе гербицидов, получил категорию V – почвы, после его попадания, практически не токсичны. Однако, на надземной части всходов были обнаружены признаки усыхания, пожелтения и скрученности побегов.

Проведённый дисперсионный анализ не выявил достоверных различий изменчивости длины корней обусловленных концентрацией гербицида, F рас . < F табл..т.к. p-расч. = 0,350 > p =0.05-0.1 и влияние не достоверно

Однако изменение длины побега достоверно зависит от концентрации клопиралида, F рас. > F табл. т.к. p- расч = 0,049 < p =0.05-0.1, и доля влияния его воздействия составила 52% от суммы всех факторов.

dx2 = Cx2/Cy2 *100

dx2 = 466,663/896,91*100 = 52%.

Показатель сухой массы растений является суммирующей величиной, характеризующей условия питания, роста и развития посевов в течение периода вегетации и в дальнейшем напрямую влияет на показатель накопления основных элементов питания. Накопление сухого вещества растений происходит усвоению диоксида углерода через листья (воздушное питание), а воды, азота и зольных элементов — из почвы через корни (корневое питание).

Накопление сухого вещества в растение в целом снижается. Значит, усвоение углерода растениями нарушается по сравнению с контролем – 0 мг/л (7,02%) на концентрациях 0,2 мг/л, 4 мг/л – 20 мг/л. В концентрации 1 мг/л возможен выброс в измерениях (табл. 4).

Максимальное накопление фосфора по сравнению с контролем происходит в концентрациях: 1 мг/л – 1,958%; 4 мг/л – 1,94%; 6 мг/л – 1,988%; 20 мг/л – 1,949%.

Максимальный вынос калия из почвы растением происходил при концентрациях: 0,2 мг/л – 3,56%, 6 мг/л – 3,25%, 10 мг/л – 3,41%, 20 мг/л – 3,4%.

Максимальное процентное содержание азота в концентрациях клопиралида: 4 мг/л – 5,73%; 6 мг/л – 5,77%; 10 мг/л – 5,86%. При всех остальных концентрациях накопление азота происходило хуже, чем в контрольном образце.

По трем показателям (азот, фосфор, калий) наиболее интересна концентрация клопиралида в 6 мг/л. В данной концентрации происходит усиление физиологических процессов растений по накоплению веществ по сравнению с контролем, что говорит о физиологических изменениях в процессах жизнедеятельности тест-культуры и возможно о стимулирующем эффекте клопиралида как фитогормона.

Агрохимический анализ проводили в соответствии с методическими указаниями. Определяли такие показатели почвы, как водородный показатель почвы, влажность субстрата, процентное содержание органического вещества в почве, содержание доступных подвижных форм основных элементов питания для растений (P2O5, K2O, NH4 и NO3) (табл. 5).

От pH почвы зависит доступность элементов питания и общее состояние тест-культуры. Но, в свою очередь, тест-культура может влиять на кислотность почвы, за счет избирательного поглощения растениями катионов и анионов из почвы. Этот процесс может влиять на водородный показатель в почве, вызывая физиологическую кислотность или физиологическую щелочность. Соли, из состава которых в больших количествах поглощается анион, чем катион, и в результате происходит подщелачивание раствора, являются физиологически щелочными. Соли, из которых катион поглощается растениями в больших количествах, чем анион, в результате происходит подкисление раствора, являются физиологически кислыми, значит поглощал больше катион NO3

Органическое вещество почвы представлено на 85-90% гумусных веществ (на 50-60% состоят из углерода, 30-45% кислорода и только на 2.5-5% из азота).

Ключевые показатели для развития растений: влажность субстрата в большей степени влияет на развитие корней, а органическое вещество в почве накапливает запасы углерода, азота, калия, фосфора, микроэлементов, способствует формированию оптимального режима и структуры почвы, предотвращает эрозионные процессы и снижает воздействие токсичных веществ.

В результате агрохимического анализа под влиянием клопиралида на всходы горчицы отмечены следующие результаты:

1. По показателю pH можно предположить, что произошло подкисление грунта, возможно из-за жизнедеятельности растений или из-за клопиралида, так как заявленная кислотность грунта производителем – 5,5-7 по результатам исследования была совсем на границе перехода грунта из близко к нейтральным почвам в слабокислые почвы. Например, в концентрации клопиралида – 0,1 мг/л pH в данном образце – 5,51; 1 мг/л – 5,21; 4 мг/л – 5,42.

2. Высокие показатели влажности, превышающие 100%, могут обуславливать pH. Умеренно кислые почвы свойственны регионам с избытком влаги в почве, например, для Ленинградской области.

3. Содержание органического вещества максимальное при концентрациях: 4 мг/л; 16 мг/л и 20 мг/л. - значит, в данных концентрациях растение хуже всего усваивало гумусовые вещества. Стимуляция растений к активному поглощению органических веществ происходит в концентрациях 1 мг/л и 2 мг/л по сравнению с контрольными образцами.

4. Самое низкое содержание P2O5 в почвенных образцах зафиксировано в концентрациях: 1мг/л – 648,38 мг/кг, 6 мг/л – 578,81 мг/кг, 10 мг/л – 652,55 мг/кг, 20 мг/л – 591,33 мг/кг.

5. Самое низкое содержание K2O в концентрациях: 1мг/л – 914 мг/кг, 6 мг/л – 863,33 мг/кг, 10 мг/л – 865,67 мг/кг, 20 мг/л – 842,33 мг/кг. Можно предположить, что растениями больше поглощались основные элементы при данных концентрациях препарата.

6. Что касается содержания в образцах аммонийного азота и азота нитратов, то их показатели очень схожи между собой. Самые низкие значения NH4 в концентрациях: 0,2 мг/л – 328,55 мг/кг; 4 мг/л – 314,75 мг/кг, 6 мг/л – 317,89 мг/кг, 16 мг/л – 336,06 мг/кг. Самые низкие значения NO3 были отмечены в концентрациях: 0,2мг/л – 63,93 мг/кг; 4мг/л – 66,86 мг/кг, 6 мг/л – 62,82 мг/кг, 16 мг/л – 67,17 мг/кг.

Азот является элементом, необходимым для роста и развития всех растений. Для обеспечения синтеза белка и других азотистых соединений, необходимых для роста, азот должен находиться в восстановленной форме (аммоний). Растения могут абсорбировать азот из почвы в виде нитратов, а также аммония, но в этом случае растения должны преобразовать его для усвоения. Данная трансформация нитратов требует энергии или снижает количество углеводных структур, которые используются для формирования различных аминокислот. Поэтому данный процесс очень зависит от фотосинтеза, а различные метаболические превращения делают азот подвижным элементом в растении

По корреляционному анализу произведений Пирсона определяется наличие линейной взаимосвязи между рассматриваемыми показателями, это позволяет оценить ее характер с точки зрения силы, направления и достоверности, по p-значению. Полученные связи приведены в таблице 6.

Полученные результаты показывают, что наиболее сильная корреляция наблюдается между концентрацией клопиралида и длиной побегов; между концентрацией препарата и процентом деформации растений и между концентрацией гербицида и содержанием органического вещества в почве. Но на содержание органического вещества в почве с агрохимической точки зрения гербицид не может оказать сильного воздействия за такой короткий срок и в такой низкой концентрации. На все остальные показатели в почве влияние «Хакер» косвенное или недостоверное.

На основании проведённого исследования можно сделать ряд выводов:

– Наиболее сильная связь наблюдается между концентрацией клопиралида и длиной побегов, а также процентом деформации растений.

– Установлена достоверная связь (корреляция) между содержанием фосфора в фитомассе и выносом растения фосфора из почвы от повышения концентрации клопиралида.

– Выявлено, что между содержанием азота в фитомассе и выноса подвижных форм из почвы (аммонийный и нитратный азот) – прослеживается обратная корреляция с содержанием клопиралида.

– Связь по содержанию калия, азота и фосфора в фитомассе с длиной растений (длина корня+длина побега прямая) прямая на фоне применения клопиралида.

– При применении клопиралида связь между содержанием фосфора, азота и калия в почве с длиной растений обратная за счет того, что происходит усвоение элементов питания и вынос их из почвы.