Размещено на http://www.allbest.ru/

ІНСТИТУТ ЗАХИСТУ РОСЛИН УААН

УДК: 632.9: 633.1

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

ЕКОТОКСИКОЛОГІЧНЕ ОБҐРУНТУВАННЯ ЗАСТОСУВАННЯ ПЕСТИЦИДІВ ПРИ ВИРОЩУВАННІ ЗЕРНОВИХ КОЛОСОВИХ

В ЛІСОСТЕПУ ТА СТЕПУ УКРАЇНИ

03.00.16 - екологія

ЧЕРГІНА ОЛЕНА ДАНИЛІВНА

Київ-2006

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Інституті захисту рослин Української академії аграрних наук в лабораторії аналітичної хімії пестицидів

Науковий керівник - доктор сільськогосподарських наук, професор БУБЛИК ЛЮДМИЛА ІВАНІВНА, Інститут захисту рослин УААН, завідувач лабораторії аналітичної хімії пестицидів

Офіційні опоненти : доктор сільськогосподарських наук, професор КАВЕЦЬКИЙ ВОЛОДИМИР МИКОЛАЙОВИЧ, Інститут екогігієни і токсикології ім. Л.І. Медведя Міністерства охорони здоров'я України, завідувач лабораторії екотоксикології і гігієни агрохімікатів

кандидат сільськогосподарських наук, старший науковий співробітник КОВАЛИШИНА ГАННА МИКОЛАЇВНА, Миронівський інститут пшениці ім. Ремесла, завідувач відділу захисту рослин

Провідна установа - Інститут агроекології УААН, м.Київ

Захист відбудеться “ 17 ” березня 2006 року о 10 ⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.376.01 в Інституті захисту рослин УААН за адресою: 03022, м. Київ - 22, вул. Васильківська, 33, корпус № 1, зал засідань

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Інституту захисту рослин УААН за адресою: 03022, м. Київ - 22, вул. Васильківська, 33, корпус № 1, 4-й поверх, кім. № 65

Автореферат розісланий “ 14 “ лютого 2006 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Охрімчук В.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Предмет дослідження: екотоксикологічний моніторинг пестицидів та біорегуляторів росту рослин в агроценозі зернових колосових культур (методи визначення, динаміка детоксикації, ступінь екологічної небезпеки застосування).

Методи дослідження. Лабораторні та польові досліди проводились за загальноприйнятими методиками (Трибель С.О., 2001), визначення дипольних моментів пестицидів - за АС №1296930 (Кавецький В.М., Бублик Л.І.), Деклараційним патентом № 67956 (Бублик Л.І., Гаврилюк Л.Л., Панченко Т.П.) методом тонкошарової хроматографії. Визначення залишків пестицидів в рослинах, зерні, ґрунті проводилось фізико-хімічними методами аналізу (тонкошарова і газорідинна хроматографія) за офіційно затвердженими та розробленими в лабораторії аналітичної хімії пестицидів методиками з використанням кінетичних методів та комп'ютерного моделювання; вмісту нітратів -потенціометричного, нітратредуктазної активності - колориметричного, активності окисних ферментів - колориметричного та титриметричного методів. Оцінка екологічної небезпеки застосування пестицидів здійснювалась за 7-ми бальною інтегральною класифікацією за ступенем небезпеки (Васильєв, Кавецький, Бублик, 1989). Отримані експериментальні дані оброблялись методами дисперсійного аналізу та варіаційної статистики за Стьюдентом.

Наукова новизна одержаних результатів. Підтверджено залежність фізико-хімічних та токсичних властивостей пестицидів сучасного асортименту від їх полярності, яка визначається за величиною дипольного моменту (µ) сполук. Доведено, що більшість інсектицидів та фунгіцидів сучасного асортименту, які використовуються для захисту озимої пшениці та ярого ячменю, відносяться до малополярних сполук (µ від 2 до 6 Д) 4-5-го ступеня небезпеки. До неполярних (µ від 0 до 2 Д) та більш небезпечних сполук (3-4 ступеня) відносяться інсектициди з класу піретроїдів. Встановлено залежність швидкості детоксикації пестицидів в рослинах від їх полярності, яка для рослин озимої пшениці описується рівнянням: k_роз. = 0,10 + 0,024м, а для рослин ярого ячменю: k_роз.= 0,10 + 0,036м. Значення розрахункової константи швидкості детоксикації k_роз. cпівпадають з експериментальними даними (k, доба^-1) з коефіцієнтом детермінації 0,7 - 0,9.

Обґрунтовано застосування показників µ та k для нормування та регламентації екологічно безпечного застосування пестицидів при вирощуванні зернових колосових в Лісостепу та Степу України за моделлю C_t = C₀ e^-kt .

Доведено, що показники азотного метаболізму (вміст нітратів, нітратредуктазна активність) та активність окисних ферментів в рослинах озимої пшениці та ярого ячменю корелюють з полярністю біологічно активних сполук. Так, диметоат, близький за полярністю до Емістиму С, при певних умовах діє як біорегулятор. Теоретично обґрунтовано застосування регуляторів росту (на прикладі Емістиму С) окремо або в комплексі з менш полярними пестицидами в роки з несприятливими умовами (дефіциту вологи) у фазу розвитку рослин - виходу в трубку.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблено алгоритм екстракційно-хроматографічного систематичного аналізу різнополярних пестицидів в рослинах та зерні, який дозволяє вибрати оптимальні умови визначення і скоротити час та матеріальні витрати при проведенні їх моніторингу.

Розроблено та затверджено Міністерством екології та природних ресурсів як офіційні методики визначення бета-цифлутрину та пендиметаліну в зернових, ґрунті та воді методами тонкошарової та газорідинної хроматографії з чутливістю визначення 0,01-0,001 мг/кг, які дозволяють проводити контроль залишків пестицидів на рівні гігієнічних нормативів. Методики можуть використовуватися санітарно-епідеміологічними станціями МОЗ України та країн СНД, агрохімічними контрольно-токсикологічними лабораторіями Міністерства АПК України та іншими лабораторіями, що займаються визначенням залишкових кількостей пестицидів в продуктах харчування та сільськогосподарській продукції.

Проведено екотоксикологічний моніторинг пестицидів в агроценозі зернових колосових культур і доведено, що удосконалення асортименту пестицидів можливе за рахунок препаратів 4-5 ступеня небезпеки, ефективних з малими нормами витрати. За результатами моніторингу препарати Бульдок, 2,5% к.е.; Ципі, 25% к.е.; Лептоцид, 2,5% к.е. включені в “Перелік пестицидів і агрохімікатів, дозволених до використання в Україні”.

Особистий внесок здобувача. Постановка та проведення експериментів; розробка методик визначення сучасних пестицидів; вивчення динаміки їх вмісту в рослинах та ґрунті; статистична обробка одержаних результатів та висновки.

Апробація результатів дисертації. Основні результати досліджень було викладено на науково-методичній конференції “Сталий розвиток агроекологічних систем в умовах обмеженого ресурсного забезпечення” (Київ, 1998); Міжнародній науково-виробничій конференції “Наукове забезпечення агропромислового виробництва” (Одеса, 1999); Міжнародній науковій конференції “Інтегрований захист рослин на початку XXI століття ” (Київ, 2004).

Матеріали дисертаційної роботи обговорювалися на засіданнях вченої ради Інституту захисту рослин УААН (Київ, 2000-2005).

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 15 наукових праць, в тому числі у фахових виданнях за темою дисертаційної роботи - 8 статей, методичних вказівок - 2, тез - 5.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація викладена на 170 сторінках комп'ютерного тексту, складається із вступу, 2 розділів, висновків, пропозицій виробництву, 4 додатків; містить 22 таблиці і 25 рисунків. Список використаних джерел включає 251 найменування вітчизняних та зарубіжних авторів.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Огляд літератури

На основі аналізу даних літератури з екологічних питань хімічного захисту рослин від шкідливих організмів показано, що для раціонального екологічно безпечного застосування пестицидів при вирощуванні зернових колосових культур необхідним і важливим є проведення їх моніторингу, який включає розробку методів аналізу, вивчення динаміки вмісту пестицидів в рослинах та ґрунті, оцінку забруднення навколишнього середовища.

Умови та методика проведення досліджень

Дослідження проводилися у 1997-2005 роках в лабораторії аналітичної хімії пестицидів в комплексі з лабораторією токсикології пестицидів, лабораторією захисту зернових культур від шкідників та хвороб Інституту захисту рослин УААН: в лісостеповій зоні - Полтавська область (радгосп-технікум Березова Рудка), ґрунти - чорноземи типові слабогумусовані, осолоділі до 30%, реакція ґрунтового розчину слабокисла, рН водної витяжки становить 5,9-6,3 (ГТК=1,1-1,4; І_зон=_.0,55); Київська область (с.м.т. Чабани), на дослідних полях відділу захисту рослин від шкідників та хвороб Інституту землеробства УААН, ґрунти - сірі опідзолені з вмістом гумусу 2,2%, рН сольової витяжки 6,1 (ГТК=1,4-1,6; І_зон=_.0,5); Миколаївська область (Степ, НВО “Еліта”), ґрунти - чорноземи звичайні середньогумусні, сформовані переважно на лесах під трав'янистою рослинністю (ГТК=0,8-0,7; І_зон=0,30). У лісостеповій зоні в Полтавській області вирощувалася озима пшениця (Triticum aestivum G.) сортів: Поліська - 90 (1997-1999 рр., попередник - горох) - стійкий до борошнистої роси та сприйнятливий до септоріозу, Коломак-5 (1998-1999 рр., попередник-однорічні трави) - сприйнятливий до борошнистої роси і септоріозу, Альбатрос одеський (1997-1998 рр., попередник - горох) - сорт-стандарт, ранньостиглий, середньостійкий до борошнистої роси і бурої іржі та сприйнятливий до септоріозу; в Київській області - Поліська-90 (2003 - 2004 рр.) та Коломак-5 (1999 - 2001 рр.); у степовій зоні - Одеська 265 (1999 - 2000 рр.). В Київській області вирощували ярий ячмінь сортів Паллідум-107 (2001-2002 рр.) та Пеяс (2003 - 2004 рр.).

В роботі використовувались: хроматографи “Цвет-106”, “Perkin-Elmer-8410” з детекторами постійної швидкості рекомбінації іонів, полум'яно-іонізаційним та азотно-фосфорним - NPD; прилади для тонкошарової хроматографії, нітратомір НМ-002. Нітратредуктазну активність визначали на основі методики Мульдера, активність окисно-відновних ферментів в листках зернових колосових культур - за методикою Починка.

РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Аналіз пестицидів сучасного асортименту в зернових колосових культурах

Розробка нових та вдосконалення відомих методів аналізу пестицидів в рослинах, ґрунті, воді - складне завдання, пов'язане зі значними матеріальними витратами та довготривалими експериментальними дослідженнями. Методи якісного та кількісного визначення пестицидів зумовлюються їх фізико-хімічними властивостями та особливостями досліджуваних об'єктів (матриць).

За результатами проведених досліджень встановлено, що властивості сполук характеризуються їх полярністю за величиною дипольного моменту (), який є функцією електронної структури молекули. Пестициди одного класу органічних сполук можуть відрізнятися за величиною в залежності від молекулярної конфігурації та наявності різних електронегативних атомів, що істотно впливає на температуру плавлення, кипіння, розчинність та інші властивості, а також на токсичність сполук та механізм їх дії. І навпаки, пестициди різних класів органічних сполук із близькими значеннями дипольних моментів мають схожі властивості. Тому, за величиною дипольних моментів пестициди розділено на три групи : неполярні з дипольним моментом від 0 до 2 Дебай (1 Дебай (Д) = 4,8 ^. 10^-18 ел.- ст. од. см), малополярні з > 2 - 6 та полярні з більше 6 Д.

Слід сказати, що для порівняння полярності сполук треба визначати їх дипольні моменти в однакових умовах. Для цього використано метод тонкошарової хроматографії. Сучасний асортимент інсектицидів та фунгіцидів, що застосовувався на посівах зернових колосових, включає сполуки різних класів: синтетичні піретроїди, триазоли, фосфорорганічні сполуки. За результатами досліджень (табл.1) - це переважно малополярні сполуки. До неполярних відносяться інсектициди з класу піретроїдів. За величинами дипольних моментів вибрано оптимальні умови визначення різнополярних пестицидів та їх суміші, а також розроблено алгоритм систематичного аналізу їх в рослинах, зерні озимої пшениці та ярого ячменю. За алгоритмом (рис.1), першим блоком якого є розподіл об'єктів, що досліджуються, на дві групи за вмістом жирів та жироподібних речовин : рослини відносяться до другої групи, а зерно - до першої. Другим блоком є розподіл пестицидів за величиною дипольних моментів молекул діючих речовин. Третій блок - це вилучення пестицидів із зразка, що аналізується. Рідинна екстракція залишається основним методом вилучення пестицидів із матриць, що аналізуються. Процеси екстракції тісно пов'язані з розчинністю сполук. При виборі екстрагенту для вилучення пестицидів доцільним є розділення розчинників також на дві групи.

Таблиця 1 - Дипольні моменти пестицидів, що застосовуються при вирощуванні озимої пшениці та ярого ячменю

Примітка. І- інсектицид, Ф - фунгіцид, Г- гербіцид, П - протруйник.

За правилом "подібне у подібному" найкращим екстрагентом буде той, значення діелектричної проникності якого близьке до значення дипольного моменту сполуки. Неполярні пестициди добре розчиняються в неполярних органічних розчинниках ( 0,1%): гексані, гептані, циклогексані, діоксані, бензолі, толуолі та інших з 3; менш розчинні - в малополярних розчинниках: діетиловому ефірі, хлороформі, етилацетаті, хлористому метилені та інших з 3 20; практично нерозчинні - у воді (10^-4 - 10^-6 %). Зі збільшенням полярності пестицидів збільшується розчинність їх у полярних розчинниках з 20 : ацетоні, етанолі, воді, кислоті (III блок). Щоб підібрати оптимальний варіант очистки екстракту, необхідно враховувати здатність екстрагенту вилучати коекстрактивні речовини матриць (IV блок). Очистку екстрактів проводили фізико - хімічними методами: хроматографія на колонці, в тонкому шарі адсорбенту та перерозподіл між двома розчинниками, що не змішуються. П'ятий блок алгоритму - це ідентифікація та кількісне визначення. Для цього використовували методи тонкошарової, як варіант рідинної, та газорідинної хроматографії. Наприклад, в одному з варіантів захисту озимої пшениці та ярого ячменю від шкідливих організмів застосовують:

Рис. 1. Алгоритм систематичного аналізу пестицидів в зернових колосових культурах

протруйник Преміс 200 к.е. (тритіконазол, 200 г/л) проти твердої, летючої сажки, плямистості листя, кореневої гнилі, септоріозу з н. в. 0,2 л/т;

гербіцид Стомп 330 к.е. (пендиметалін, 330 г/л) проти однорічних злакових та дводольних бур'янів у фазу кущіння з н. в. 0,3 л/га;

фунгіцид Рекс Т, 12,5% к.е. (епоксиконазол, 125 г/л) проти листкових хвороб: борошнистої роси, септоріозу та інших плямистостей (сітчаста, темно-бура), іржі (бура, стеблова, карликова) у фазу виходу в трубку з н. в. 0,75 л/га;

фунгіцид Рекс Дуо, 49,7% к.с. (епоксиконазол 187г/л + тіофанат-метил, 310г/л) проти комплексу хвороб колосу (септоріоз, фузаріоз, гельмінтоспоріоз) у фазу колосіння з н. в. 0,6 л/га;

інсектицид Бі-58 новий, 40% к.е. (диметоат 400 г/л) проти клопа черепашки, п'явиць, злакових мух, попелиць, трипсів у фазу виходу в трубку з н.в.1,0-1,2 л/га.

За алгоритмом вилучення пестицидів із досліджуваного зразка (рослини, зерно) проводять 50% водним ацетоном, очистку від коекстрактивних речовин - способом перерозподілу в гексан або хлороформ та подальшого розділення суміші в тонкому шарі адсорбенту в рухомій фазі гексан-ацетон у співвідношенні 3:2 (е = 9,65) при 20 ⁰С. Величина Rf диметоату, тритіконазолу, тіофанат- метилу, епоксиконазолу та пендиметаліну відповідно дорівнює 0,38; 0,40; 0,44; 0,58; 0,65. Адсорбент із кожної зони переносять скальпелем у пробірки, доливають 1 мл гексану, струшують 5-10 хвилин і залишають ще на 30 хвилин, щоб адсорбент осів на дно пробірок. Потім аліквоту (2- 5 мкл) вносять у колонку хроматографу.

Умови визначення:

Хроматограф Perkin Elmer - 8410 з азотно-фосфорним детектором (NPD). Колонка скляна 2 м 3 мм, носій - хромосорб W (0,16-0,20 мм) з нерухомою фазою 1,5% OV-17 + 1,95% OV-210. Температура (⁰С) колонки -230, випаровувача - 250, детектора - 250. За цих умов час утримання тритіконазолу - 2,0; диметоату - 1,9; епоксиконазолу - 3,2; пендиметаліну - 3,4 хвилини. пестицид детоксикація зерновий пшениця

Хроматограф “Цвет-106” з детектором постійної швидкості рекомбінації іонів. Колонка скляна 1 м 3 мм, нерухома фаза 5% - SE-30 на хроматоні N-AW-DMCS (0,16-0,20 мм). Швидкість газу-носію (азот) - 60 мл за хвилину. Температура (⁰С) колонки - 220, випаровувача - 250, детектора - 250. За цих умов час утримання тіофанат-метилу - 2,2 ; тритіконазолу - 4,0; диметоату - 4,8; епоксиконазолу - 6,4; пендиметаліну - 7,25 хвилини.

Таким чином, розроблений алгоритм дозволяє змоделювати методики визначення як окремих пестицидів, так і їх сумішей. Він дає змогу об'єктивно, без зайвих витрат, провести систематичний аналіз різнополярних пестицидів, що застосовуються в технології вирощування зернових колосових культур.

Динаміка детоксикації різнополярних пестицидів в зернових колосових культурах

"Детоксикація" пестицидів в агроценозах розглядається як процес зменшення токсичного потенціалу пестицидів під дією абіотичних, біотичних та антропічних чинників. Динаміка детоксикації пестицидів в рослинах озимої пшениці та ярого ячменю протягом повної ротації культури відбувається за експоненційною моделлю: C_t = C₀ e^-kt , де C₀, C_t - концентрація початкова та в певний момент часу t, мг/кг, k - константа швидкості процесу детоксикації пестицидів, яка залежить від багатьох факторів, зокрема, фізико-хімічних властивостей сполук, особливостей культури та грунтово-кліматичних умов. При різниці абсолютних швидкостей в різні моменти часу, відносна швидкість (частин за добу) є величиною постійною, незалежною від часу. Тому, k є показником інтенсивності процесу детоксикації пестицидів, за допомогою якого можна оцінювати вміст пестицидів у рослинах в будь-який віддалений момент часу від застосування, розрахувати період напіврозпаду Т₅₀ або термін майже повної детоксикації пестициду в агроценозі - Т₉₅.

Наприклад, швидкість детоксикації інсектициду диметоату та фунгіциду пропіконазолу не залежить від сортових особливостей озимої пшениці, а залежить від їх полярності (табл. 2). Більш полярний диметоат при застосуванні як окремо, так і в суміші з Емістимом С з нормою витрати вдвічі більшою виявляється на 10 добу практично в такій самій кількості, що і пропіконазол. За отриманими даними константа швидкості детоксикації (k_роз.) корелює з полярністю сполук (м): в Лісостепу та Степу для рослин озимої пшениці k_роз.= 0,10 +0,024 µ , для ярого ячменю k_роз. = 0,10 +0,036 µ (k_роз. - розрахункова константа швидкості). Експериментальні дані збігаються з розрахунковими з коефіцієнтом детермінації 0,7 - 0,9.

Таблиця 2 - Динаміка детоксикації пестицидів в озимій пшениці при сумісному застосуванні з Емістимом С (Лісостеп, середнє за 1996-1998 рр.)

де К_А і К_Б - класи небезпеки за токсиколого-гігієнічною (категорія А) та екотоксикологічною (категорія Б) класифікаціями. В категорії А кількісним показником є токсичність препарату, а в категорії Б - константа швидкості детоксикації. Токсичність пестицидів встановлювали за величиною ЛД₅₀ для пацюків перорально (за даними довідників), а стійкість - за Т₅₀ в ґрунті.

Ступінь небезпеки характеризує пестицидні сполуки таким чином: дуже небезпечні - 1-2 ступінь (ЛД₅₀ для щурів менше 20 мг/кг, період напіврозпаду в рослинах та ґрунті більше 20 діб), небезпечні - 3 - 4 ступінь (ЛД₅₀ для щурів 20-200 мг/кг, Т₅₀ = 20-5 діб), помірно небезпечні - 4 - 5 ступінь (ЛД₅₀ для щурів 200-2000 мг/кг, Т₅₀ = 5-3 діб) та малонебезпечні - 6 -7 ступінь (ЛД₅₀ для щурів більше 2000 мг/кг, Т₅₀ менше 3 діб). Отже, найбільш небезпечними є неполярні сполуки 1-3 ступеня небезпеки, до яких відноситься більшість інсектицидів. До малонебезпечних сполук 6 - 7 ступеня відносяться полярні сполуки - гербіциди й регулятори росту та розвитку рослин. Сучасний асортимент пестицидів, що застосовуються для захисту зернових колосових культур, включає помірно небезпечні сполуки 4-5 ступеня небезпеки (табл.3). Слід враховувати, що ця класифікація є відносною. Хоча полярним гербіцидам і регуляторам росту та розвитку притаманна висока біологічна активність, до малонебезпечних сполук вони відносяться за рахунок вибіркової дії, ефективності з малими нормами витрати та швидкості детоксикації. Пестициди з дипольними моментами менше 2 Дебай мають контактний механізм дії, а з дипольним моментом більше 6 Дебай - системний.

Таким чином, полярність зумовлює фізико - хімічні, екотоксичні властивості та механізм дії пестицидних сполук різних органічних класів. Величина дипольного моменту, константа швидкості детоксикації та ступінь небезпеки можуть бути використані для первинного скринінгу пестицидів. Удосконалення асортименту пестицидів можливо за рахунок застосування більш полярних препаратів або препаратів, ефективних із малими нормами витрати.

Вплив біологічно активних речовин на метаболізм озимої пшениці та ярого ячменю

Продуктивність рослин озимої пшениці, стійкість їх до несприятливих факторів навколишнього середовища, вміст білку в зерні обумовлюється функціонуванням ключового ферменту відновлення нітратів - нітратредуктази. Проведені дослідження з впливу на азотний метаболізм озимої пшениці біорегулятору Емістиму С, який містить збалансований комплекс фітогормонів, мікроелементів, жирних кислот та інших полярних сполук з м >6; інсектицидів та фунгіцидів при їх застосуванні у фазу виходу в трубку - фазу інтенсивного росту та розвитку рослин. Встановлено, що Емістим С суттєво не впливав на вміст нітратного азоту в листках озимої пшениці, незалежно від сорту, в роки з достатньою кількістю опадів у другій половині травня (рис.2). В той час як застосування біорегулятору в умовах посухи у 1998 році (4 мм опадів при нормі 16 мм) або недостатньої вологи у 1997 році (9 мм) підвищило вміст нітратного азоту відповідно у 3-2 рази.

20

Таблиця 3 - Характеристика пестицидів сучасного асортименту за ступенем небезпеки

Така ж залежність притаманна інсектициду диметоату, який близький за полярністю до Емістиму С. При застосуванні менш полярного пропіконазолу як окремо, так і в суміші з біорегулятором, вміст нітратного азоту був на рівні контролю.

Емістим С та пестициди майже не впливали на азотний обмін в роки з достатньою кількістю вологи (1999, 2001 рр.) на V-VI етапах органогенезу.

Таку ж закономірність виявлено щодо впливу різнополярних пестицидів та біорегулятору на активність нітратредуктази та окисних ферментів, вміст загального азоту в рослинах і зерні, а також на величину та якість урожаю. Вміст нітратного азоту та нітратредуктазна активність озимої пшениці в кількісному відношенні корелюють з полярністю сполук та їх нормою витрати (табл.4).

Отримані дані збігаються з даними літератури відносно впливу біологічно активних речовин на фізіологічні та біохімічні процеси в рослинах і все ще залишаються, на нашу думку, дискусійними. Причиною схожих фізіологічних реакцій рослини на екзогенні гормони та пестициди може бути те, що вони більше імітують дію неспецифічних факторів стресу, ніж індукують синтез рослинних гормонів.

Токсикологічний вплив пестицидів на урожай та якість зерна озимої пшениці та ярого ячменю не виявлено.

Таблиця 4 - Вплив пестицидів та Емістиму С на динаміку вмісту нітратного азоту та нітратредуктазну активність в листках озимої пшениці (Лісостеп)

Примітки: 1. В чисельнику - нітратний азот ( N -NO₃ ^- ), мг/кг сирої маси; в знаменнику - нітратредуктазна активність , мкг NO₂ ^- / 1 г сирої маси за 1 годину; 2. Рослини обприскували у фазу виходу в трубку; 3. Контроль без обприскування;4. МДР нітратів в зерні 300 мг/кг.

ВИСНОВКИ

1. Екотоксикологічне обґрунтування базується на розумінні закономірностей динаміки детоксикації пестицидів, часу їх зберігання в різних середовищах, дії на компоненти зернового агроценозу, на процеси, від яких залежить якість продукції, особливо важливе для їх раціонального та безпечного застосування в інтегрованій системі захисту рослин. Застосування пестицидів проводять, аналізуючи три основні параметри: властивості пестицидів, їх навантаження на агроекосистему та особливості культури. Доведено, що фізико-хімічні та екотоксикологічні властивості пестицидів зумовлені їх полярністю, яка характеризується величиною дипольного моменту (м).

2. Визначено величину дипольного моменту та класифіковано за полярністю сучасні пестициди: до неполярних з м від 0 до 2 Дебай (1 Дебай = 4,8 . 10^-18 ел.ст.од. см) відносяться інсектициди з класу піретроїдів, основний асортимент інсектицидів та фунгіцидів складають малополярні сполуки з м більше 2 та менше 6 Дебай.

3. Розроблений алгоритм систематичного аналізу різнополярних пестицидів в рослинах, зерні озимої пшениці та ярого ячменю, що дозволяє підібрати оптимальні умови вилучення, очистки, якісного та кількісного визначення для кожної сполуки окремо і для суміші пестицидів, які застосовуються в технології вирощування зернових колосових культур. Методики з визначення бета-цифлутрину та пендиметаліну затверджені як офіційні.

4. Доведено, що детоксикація пестицидів в рослинах озимої пшениці та ярого ячменю в умовах Лісостепу та Степу України відбувається за експоненційною моделлю. Розраховано константу швидкості розпаду (k + 0,01, частин за добу) та період напіврозпаду (Т₅₀ + 0,5, діб) в озимій пшениці: бета-цифлутрину (k=0,11;Т₅₀=6,3), циперметрину (k=0,12;Т₅₀=5,8), пропіконазолу (k=0,20;Т₅₀=3,5), диметоату (k=0,24;Т₅₀=2,9), епоксиконазолу (k=0,23;Т₅₀=3,0), тіофанат-метилу (k=0,28;Т₅₀=2,5); в ярому ячмені: епоксиконазолу (k=0,23; Т₅₀=3,0), тіофанат-метилу (k=0,28;Т₅₀=2,5), беномілу (k=0,19;Т₅₀=3,7), карбендазиму (k=0,24;Т₅₀=2,9).

5. Встановлено кореляційну залежність константи швидкості детоксикації від полярності сполук. Для рослин озимої пшениці в Лісостепу та Степу рівняння має вид: k_роз.= 0,10 + 0,024м , для рослин ярого ячменю: k_роз.= 0,10 + 0,036м. Експериментальні дані збігаються з розрахунковими з коефіцієнтом детермінації 0,7-0,9. Дипольний момент та константа швидкості детоксикації можуть бути використані для екотоксикологічного скринінгу пестицидів в агроценозах.

6. За інтегральною класифікацією, відповідно 7-бальної шкали, встановлено ступінь небезпеки пестицидів сучасного асортименту: неполярні - бета-цифлутрин (м=1,13Д) і циперметрин (м=1,35Д) віднесено до небезпечних сполук. Малополярні - беноміл (м=2,65Д), пропіконазол (м=2,74Д), пендиметалін (м=2,79Д), диніконазол (м=2,88Д), піраклостробін (м=2,70Д), епоксиконазол (м=3,46Д), тіофанат- метил (м=4,78Д), тритіконазол (м=5,55Д), диметоат (м=5,70Д), тіабендазол (м=5,71Д), карбендазим (м=5,77Д) віднесено до помірно небезпечних сполук. Ступінь небезпеки може бути використаний для удосконалення асортименту пестицидів за рахунок препаратів, які ефективні з меншими нормами витрати. Встановлено, що біорегулятор Емістим С не впливає на швидкість детоксикації пестицидів в рослинах озимої пшениці.

7. Застосування біорегулятору Емістиму С у фазу інтенсивного росту та розвитку рослин (фаза виходу в трубку) в роки зі сприятливими кліматичними умовами (кількість опадів 14-16 мм, температура повітря 16-18 ⁰С) не впливає на вміст нітратного азоту, нітратредуктазну активність, активність окисних ферментів, вміст загального азоту в рослинах та зерні, а також на величину та якість урожаю. В роки з несприятливими умовами - дефіциту вологи Емістим С сприяє засвоєнню нітратного азоту й збільшенню загального азоту в зерні, порівняно з контролем, та отриманню урожаю на рівні років із сприятливими умовами.

8. Встановлено кореляційну залежність показників метаболізму озимої пшениці (вміст нітратного азоту, нітратредуктазна активність, активність окисних ферментів) від полярності пестицидів. Близький за полярністю з Емістимом С, інсектицид диметоат впливає на азотний метаболізм озимої пшениці аналогічно біорегулятору. Неполярний інсектицид циперметрин не впливав на стан нітратвідновної системи. Малополярні фунгіциди беноміл, пропіконазол, епоксиконазол впливали на азотний метаболізм аналогічно біорегулятору, але активність ферментів була меншою. Таким чином, нітратредуктазна система разом із пероксидазою здатна ліквідувати в рослинах фітотоксичні бар'єри, що формуються у відповідь на дію фізіологічно активних сполук - пестицидів.

9. За результатами досліджень токсикологічний вплив пестицидів на урожай та якість зерна: масу 1000 зерен, вміст протеїну, сирої клейковини не виявлено. Залишки пестицидів та вміст нітратів у зерні не перевищують МДР.

ПРОПОЗИЦІЇ ВИРОБНИЦТВУ

1. Офіційно затверджені методики з визначення бета-цифлутрину та пендиметаліну методами тонкошарової та газорідинної хроматографії можуть використовуватися санітарно-епідеміологічними станціями МОЗ України та країн СНД, агрохімічними контрольно-токсикологічними лабораторіями Міністерства АПК України.

2. За результатами моніторингу препарати Бульдок, 2,5% к.е., Ципі,25% к.е. та Лептоцид, 2,5% к.е. включені в " Перелік пестицидів і агрохімікатів, дозволених до використання в Україні ".

3. Біорегулятор Емістим С рекомендується застосовувати окремо або в суміші з пестицидами в роки з несприятливими умовами росту рослин на початку фази виходу в трубку.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Бублик Л.І., Ассасса В.Ф., Чергіна О.Д., Касян Л.М. Динаміка розпаду пестицидів хлортолурон (лентіпур,70% з.п.) і бета-цифлутрин (бульдокк,2,5 к.е.) в озимій пшениці та ярому ячмені // Захист рослин. -1998. - № 6. - С.9-10. (Особистий внесок здобувача 50%. Проведення експериментальних досліджень).

2. Бублик Л.І., Цирень В.Ф., Чергіна О.Д. Детоксикація різнополярних пестицидів в озимій пшениці та ярому ячмені в різних грунтово-кліматичних зонах України // Захист і карантин рослин. - К. : Світ, 2002. - № 48.- С.166-170. (Особистий внесок здобувача 50%. Проведення експериментальних досліджень).

3. Бублик Л.І., Гунчак В.М., Чергіна О.Д. Моніторинг та екотоксичний ризик застосування хімічних засобів захисту зернових колосових культур в умовах Чернівецької області // Захист і карантин рослин. - К.: Колобіг, 2003.- № 49.- С. 211-216. (Особистий внесок здобувача 20%. Проведення аналізу).

4. Бублик Л.І., Чергіна О.Д., Крук Л.С., Косматий В.Є., Чоботько К.О. Систематичний аналіз пестицидів в зернових колосових культурах // Науковий вісник НАУ.- Київ: Міленіум, 2005.- № 90. - С.54-63. (Особистий внесок здобувача 50%. Проведення експериментальних досліджень та оцінка результатів).

5. Чергіна О.Д. Вплив регулятора росту Емістиму С на взаємодію фосфаміду та тілту з рослинами озимої пшениці // Захист і карантин рослин. -К. , 1999. - № 45. - С.22-26 .

6. Андрієнко Г.Г., Бублик Л.І., Чергіна О.Д. Швидкість детоксикації гетероциклічних фунгіцидів в рослинах озимої пшениці // Аграрний вісник Причорномор'я. - Одеса, 1999. - №3 (6). - Ч.2. - С.99-101. (Особистий внесок здобувача 50%. Проведення експериментальних досліджень).

7. Чабан В.С., Сергієнко В.Г., Панченко Т.П., Чергіна О.Д. Особливості хімічного захисту огірка від несправжньої борошнистої роси // Захист рослин .- 1998.-№1.-С.19-20. (Особистий внесок здобувача 30%. Проведення експериментальних досліджень).

8. Бублик Л.І., Чергіна О.Д. Динаміка та механізм дії триазолів в рослинах озимої пшениці // Інтегрований захист рослин на початку ХХI століття: Матеріали Міжнародної наукової конференції .- Київ : Колобіг, 2004.- С.594-598. (Особистий внесок здобувача 75%. Проведення досліджень, проведення аналізів).

9. Бублик Л.И., Федоренко Н.В., Чергина Е.Д., Данник Н.М., Касян Л.Н. Методические указания по определению пеноксалина (Стомпа) в воде, почве, зерновых, бобовых, технических, овощных, плодовых, эфирно-масличных культурах и маслах методами тонкослойной, газожидкостной, жидкостной хроматографии и Уф-спектрометрии: №139-99 // Методические указания по определению микроколичеств пестицидов в почве, в пищевых продуктах, кормах и внешней среде.- 2001.- №31.- С.70-77.

10. Бублик Л.І., Ассасса (Цирень) В.Ф., Чергіна О.Д., Касян Л.М., Крук Л.С. Методичні вказівки по визначенню бета-цифлутрину (Бульдок, 2,5% к.е.) в грунті, картоплі, капусті, озимій пшениці і ярому ячмені методами тонкошарової та газорідинної хроматографії: № 232 - 01 // Методические указания по определению микроколичеств пестицидов в почве, в пищевых продуктах, кормах и внешней среде. - 2001. - № 33. - С. 5-9.

11. Андриенко Г.Г., Лесовая В.А., Чергина Е.Д. Анализ смеси метафоса, рогора, байлетона и тилта в объектах окружающей среды // Тези доповідей конференції “Актуальные вопросы охраны окружающей среды от антропогенного воздействия” .- Севастополь, 1990. - С. 237. (Особистий внесок здобувача 30%. Проведення аналізів).

12. Федоренко Н.В., Бублик Л.И., Гаврилюк Л.Л., Лесовая В.А., Чергина Е.Д. Влияние технологий применения на деградацию пестицидов в растениях и почве // Тези доповідей симпозіуму " Деградация пестицидов при комплексной защите сельскохозяйственных культур от вредных организмов".-Л.,1990.-С.27. (Особистий внесок здобувача 30%. Проведення експериментальних досліджень).

13. Чергіна О.Д., Касян Л.М., Цирень В.Ф. Вивчення поведінки бета-цифлутрину в озимій пшениці , ярому ячмені та грунті // Тези доповідей науково-практичної конференції молодих вчених та спеціалістів “Проблеми захисту рослин від шкідливих організмів в сучасних економічних та екологічних умовах”. - К., 1996.- С.128. (Особистий внесок здобувача 50%. Проведення та оцінка результатів).

14. Чергіна О.Д. Дія пропіконазолу, диметоату та Емістиму С на активність нітратредуктази озимої пшениці // Тези доповідей науково-методичної конференції “Сталий розвиток агроекологічних систем в умовах обмеженого ресурсного забезпечення”.-К., 1998. - С. 225.

15. Бублик Л.І., Чергіна О.Д. Вплив різнополярних пестицидів на активність окисно-відновних ферментів зернових культур // Тези доповідей науково-практичної конференції “Актуальні проблеми токсикології, гігієни та аналітичної хімії пестицидів та агрохімікатів ”, 16-17 жовтня, 2003 р. (Особистий внесок здобувача 70%. Проведення досліджень).

АНОТАЦІЇ

ЧЕРГІНА О.Д. Екотоксикологічне обгрунтування застосування пестицидів при вирощуванні зернових колосових в Лісостепу та Степу України. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата сільськогосподарських наук за спеціальністю 03.00.16 - екологія. - Інститут захисту рослин УААН.- Київ, 2006.

Дисертація присвячена екотоксикологічному обґрунтуванню застосування пестицидів в інтегрованій системі захисту зернових колосових культур від шкідливих організмів, яке включає: розробку методик визначення різнополярних пестицидів в рослинах та зерні, вивчення процесів їх детоксикації в умовах Лісостепу та Степу України при застосуванні окремо та з біорегуляторами.

Доведено, що дипольний момент (м, Д) пестицидних сполук може використовуватися для характеристики їх фізико-хімічних та екотоксикологічних властивостей. За величиною м розроблений алгоритм визначення різнополярних пестицидів в рослинах і зерні озимої пшениці та ярого ячменю, що дає можливість моделювати методики визначення пестицидних сполук в зернових колосових як окремо, так і в суміші.

Встановлено кореляційну залежність константи швидкості детоксикації (k) від полярності сполук (м). Дипольний момент та константа швидкості детоксикації можуть бути використані для екотоксикологічного скринінгу пестицидів в агроценозах. Доведено, що біорегулятор Емістим С не впливає на швидкість детоксикації пестицидів в рослинах озимої пшениці.

За інтегральною класифікацією, відповідно 7-бальної шкали, встановлено ступінь небезпеки пестицидів сучасного асортименту, що застосовуються в захисті зернових колосових культур. Показники метаболізму озимої пшениці та ярого ячменю (вміст нітратного азоту, нітратредуктазна активність, активність окисних ферментів) кореляційно залежать від полярності пестицидів. Близький за полярністю з Емістимом С, інсектицид диметоат впливає на азотний метаболізм озимої пшениці аналогічно біорегулятору. Токсикологічний вплив пестицидів на урожай та якість зерна не виявлено.

Ключові слова: екотоксикологія, пестициди, біорегулятор, зернові колосові, метаболізм.

ЧЕРГИНА Е.Д. Экотоксикологическое обоснование применения пестицидов при выращивании зерновых колосовых в Лесостепи и Степи Украины. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук по специальности 03.00.16 - экология. Институт защиты растений УААН.- Киев, 2006.

Диссертация посвящена экотоксикологическому обоснованию применения пестицидов в интегрированной системе защиты зерновых колосовых культур от вредных организмов, которое включает: разработку методик определения пестицидов, изучение процессов детоксикации в растениях озимой пшеницы и ярового ячменя, оценку степени опасности их применения в условиях Лесостепи и Степи Украины. Физико-химические и экотоксикологические свойства пестицидов обусловлены их полярностью и характеризуются величиной дипольного момента (м): к неполярным относятся инсектициды класса пиретроидов, большинство инсектицидов и фунгицидов современного ассортимента - к малополярным.

Разработан алгоритм определения разнополярных пестицидов в растениях и зерне зерновых колосовых культур, который дает возможность моделировать условия экстракции, очистки, качественного и количественного определения каждого соединения отдельно и смеси препаратов, применяющихся в технологии выращивания зерновых колосовых культур. Установлена корреляционная зависимость константы скорости детоксикации (k) от полярности соединений (м): для озимой пшеницы k_рас.= 0,10 + 0,024м , для ярового ячменя: k_рас.= 0,10 + 0,036м.

Доказано, что дипольный момент и константа скорости детоксикации могут использоваться для экотоксикологического скрининга пестицидов в агроценозах. Установлено, что биорегулятор Эмистим С не влияет на скорость детоксикации пестицидов в растениях озимой пшеницы.