Екотоксикологічна оцінка пестицидів за впливом на індикаторні групи грунтових організмів

Размещено на http://www.allbest.ru/

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ТАРАСА ШЕВЧЕНКА

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Екотоксикологічна оцінка пестицидів за впливом на індикаторні групи грунтових організмів

ЗАЛОЇЛО ОЛЬГА ВАСИЛІВНА

Київ - 2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі зоології біологічного

факультету Київського національного університету

імені Тараса Шевченка

Науковий керівник:

доктор біологічних наук, професор

Бучацький Леонід Петрович,

Київський національний університет

імені Тараса Шевченка

провідний науковий співробітник.

Офіційні опоненти:

доктор біологічних наук, професор

Арсан Орест Михайлович,

Інститут гідробіології НАН України,

завідувач відділу екотоксикології;

доктор сільськогосподарських наук, професор

Бублик Людмила Іванівна,

Інститут захисту рослин УААН, завідувач лабораторії

аналітичної хімії пестицидів.

Провідна установа:

Дніпропетровський національний університет МОН України,

м. Дніпропетровськ.

Захист відбудеться „ 17 " квітня 2006 р. о 16⁰⁰ годині на засіданні

спеціалізованої вченої ради Д 26.001.24 Київського національного

університету імені Тараса Шевченка за адресою:

м.Київ, проспект Глушкова, 2, корпус 12, біологічний факультет, ауд. 434

Поштова адреса: 01033, Київ-33, вул. Володимирська, 64, біологічний факультет, спеціалізована вчена рада Д 26.001.24.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою:

м. Київ, вул. Володимирська, 58.

Автореферат розісланий „10" березня 2006 р.

Учений секретар спеціалізованої вченої ради Т.Р. Андрійчук

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Для отримання сталих врожаїв сучасні агроценози постійно обробляють пестицидами, від чого страждають ґрунтові організми, які забезпечують родючість ґрунтів: мікроорганізми, олігохети, нематоди, кліщі, ногохвістки та ін. Загальновідомо, що біота ґрунту є основою його нормального функціонування. Тому визначення впливу того чи іншого пестициду на життєдіяльність мешканців ґрунту є одним з головних підходів у формуванні концепції доцільності їх використання.

Ґрунтові черви беруть участь у складних процесах утилізації рослинних і тваринних решток, мінералізації органічних речовин, підтримують повітряний та водний режим ґрунтів. Організм червів акумулює пестициди в кількостях, які в сотні разів перевищують їх вміст у ґрунті [Царенко О.М., 2002]. Це зумовлює широке застосування ґрунтових червів для екотоксикологічних досліджень впливу пестицидів на ґрунтову біоту, зокрема у зарубіжній практиці.

Безумовно, визначення впливу пестицидів лише на ґрунтових червів не може дати повної інформації про стан біоти ґрунту. Тому, для створення цілісної картини щодо дії пестициду доцільно використовувати ще одну таксономічну групу ценозу, яка могла б виступати як біоіндикатор, зокрема, мікроорганізми. Велика кількість тестів, запропонованих для визначення впливу пестицидів на ґрунтову мікрофлору, не завжди гарантувала швидке та якісне лабораторне визначення негативного впливу цих речовин на перебіг мікробіологічних процесів у ґрунті. Тому на міжнародній конференції з захисту рослин (Базель, 1989), були визначені тести, які є необхідними й достатніми для лабораторної оцінки впливу пестицидів на ґрунтову мікрофлору: дослідження загальної чисельності мікроорганізмів, визначення в ґрунті концентрації амонію, нітратів і нітритів та ін.

При екотоксикологічних дослідженнях впливу пестицидів на ґрунтову біоту виникає також гостра необхідність в узагальнюючій класифікації безпечності кожного з перевірених препаратів. На сьогодні відомі дві основні системи їх оцінки: токсико-гігієнічна і екотоксикологічна. Екотоксикологічна класифікація передбачає визначення небезпечності пестицидів за показниками, що характеризують їх вплив на біоту з урахуванням таких критеріїв як стійкість пестицидів у рослинах, ґрунті та воді; їх міграція по ґрунтовому профілю; фітотоксична дія; токсичність для риб, корисних комах та птахів; біокумуляція при міграції у водних екосистемах і наземних трофічних ланцюгах [Васильєв В.П., 1989]. Однак, у рамках існуючої класифікації не передбачено визначення такого важливого фактору, як токсичність для ґрунтоутворюючої біоти, що є суттєвим недоліком при екотоксикологічній оцінці пестицидів. Тому наші дослідження були спрямовані на вивчення дії пестицидів на індикаторні групи ґрунтової біоти та вдосконалення існуючої класифікації пестицидів, яка дозволить надати об'єктивні пропозиції щодо використання пестицидів у залежності від антропогенного навантаження на агроценози.

Робота присвячена створенню класифікації небезпечності пестицидів для ґрунтової біоти на основі комплексних екотоксикологічних досліджень впливу пестицидів на ґрунтових червів методом їх біотестування та на ґрунтові мікроорганізми циклу азоту.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана в рамках наукової програми кафедри зоології біологічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка "Дослідження видового різноманіття тварин України та прилеглих територій, їх морфолого - екологічних особливостей та розробка біологічних засобів боротьби з деякими шкідливими видами." Nд/p 0101U000969

Мета і завдання дослідження: Метою даної роботи було проведення екотоксикологічної оцінки пестицидів за їх впливом на індикаторні групи ґрунтових організмів.

У відповідності з поставленою метою досліджень вирішувались такі завдання:

Дослідити виживання червів Eisenia foetida під впливом пестицидів методом біотестування. черв пестицид біотестування азот

З'ясувати відмінності у чутливості ґрунтових червів Eisenia foetida та Lumbricus rubellus до пестицидів.

Оцінити вплив пестицидів на ґрунтову мікрофлору циклу азоту.

Розробити екотоксикологічну класифікацію небезпечності пестицидів для ґрунтової біоти.

Визначити ступінь небезпеки досліджуваних пестицидів за інтегральною класифікацією.

Об'єкт дослідження - основні компоненти біоти ґрунту (кільчасті черви та мікроорганізми), що забезпечують його родючість.

Предмет дослідження - екотоксикологічна дія пестицидів на ґрунтову біоту у лабораторному експерименті.

Для досягнення поставленої мети були застосовані такі методи досліджень: метод біотестування пестицидів з використанням ґрунтових червів; метод визначення впливу пестицидів на загальну чисельність мікроорганізмів у ґрунті; метод визначення вмісту іонів амонію у ґрунті; метод визначення вмісту нітратів у ґрунті; метод визначення вмісту нітритів у ґрунті.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше в Україні застосовано метод екотоксикологічної оцінки впливу пестицидів на ґрунтових червів з використанням штучного ґрунту. Вперше проведено дослідження комплексної дії пестицидів на модельну екосистему ґрунтової біоти. Розроблено екотоксикологічну класифікацію рівня небезпечності пестицидів для ґрунтової біоти, яка дозволяє оцінити пестициди за їх впливом на ґрунтових червів, на загальну кількість ґрунтових мікроорганізмів, вміст у ґрунті нітратів, нітритів і аміаку, а також регламентувати їх подальше використання на ґрунтах з різним рівнем забруднення і антропогенного навантаження. Результати проведених досліджень були використані в розрахунках ступеня небезпеки вивчених пестицидів.

Практичне значення одержаних результатів. Дані, отримані в результаті екотоксикологічної оцінки впливу пестицидів на індикаторні групи ґрунтових організмів в умовах лабораторії, можуть бути використаними для прогнозування впливу пестицидів на ґрунтову біоту в польових умовах. Розроблену екотоксикологічну класифікацію пестицидів за рівнем їх небезпечності для ґрунтової біоти можна рекомендувати для широкого застосування при проведенні екологічної експертизи препаратів. Досліджені препарати зареєстровані Міністерством охорони навколишнього природного середовища України для застосування в Україні (лист № 124-19/1). Основні положення даної роботи можуть бути використані при викладанні спеціальних курсів з екотоксикології, ґрунтової зоології, ґрунтознавства, охорони ґрунтів на біологічних та агроекологічних факультетах вищих навчальних закладів.

Особистий внесок здобувача. Здобувач самостійно здійснював підбір теоретичного матеріалу. Побудову схеми експериментів та ідею роботи було сформовано спільно з науковим керівником д.б.н., проф. Бучацьким Л.П. Автором особисто здійснено всі експерименти з перевірки впливу пестицидів на ґрунтові мікроорганізми циклу азоту та більшість експериментів з перевірки токсичності пестицидів для ґрунтових червів, їх збір у природних умовах та утримування в лабораторії, приготування штучного ґрунту для дослідів, статистичну обробку, аналіз та узагальнення результатів досліджень.

Апробація результатів дисертації. Основні положення роботи були представлені та обговорені на наукових семінарах кафедри зоології, міжнародній конференції „Современное состояние и перспективы развития микробиологии и биотехнологии" (Мінськ, 2004); міжнародній конференції "Сучасні проблеми зоології й екології" (Одеса, 2005); І міжнародній науковій конференції студентів та аспірантів "Молодь і поступ біології" (Львів, 2005); міжнародній науковій конференції, присвяченій 55-річчю ґрунтознавства Чернівецького національного університету "Сучасні проблеми і тенденції розвитку ґрунтознавства" (Чернівці, 2005).

Публікації. За результатами роботи опубліковано 9 наукових праць, у тому числі 6 статей у фахових виданнях та 3 тез конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Робота викладена на 143 сторінках машинопису і складається зі вступу, огляду літератури, опису матеріалів та методів досліджень, результатів досліджень та їх обговорення, висновків, списку використаних літературних джерел який налічує 168 найменувань, додатків, ілюстрована 16 таблицями та 24 рисунками.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ

Огляд літератури складається з 6 підрозділів, які містять аналіз сучасної інформації щодо загальної характеристики та типів класифікації пестицидів, біологічних зв'язків між ґрунтовими червами та мікроорганізмами циклу азоту у ґрунтових системах, та використання червів і мікроорганізмів як тест-об'єктів якості ґрунту.

МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ

У дослідах використовували ґрунтових червів Eisenia foetida та Lumbricus rubellus (Аnnelidae, Oligochaeta) з добре сформованим клітелюмом масою 300-500 мг. Перед проведенням експерименту червів на 1 добу розміщували в субстраті, зволоженому дистильованою водою, потім відмивали, надлишок води адсорбували фільтрувальним папером і переносили по 10 червів на поверхню штучного ґрунту, внесеного у скляні банки. Посудини закривали перфорованою плівкою і утримували при температурі 20+2⁰С та освітленні 750 Lux. Для визначення гострої токсичності 5 гербіцидів (Санглі, Варта, НТ 630120, Ларен, 2,4-Д 700), 5 фунгіцидів (Фундазол, Мідний купорос, ФТ 150200, Ефатол, Байзафон) і 5 інсектицидів (Оперкот, Банкол, Дамаск, Циклон, А-8) червів утримували протягом 14 діб у штучному ґрунті (пісок, глина, торф'яний мох, СаСО₃), обробленому різними концентраціями препаратів [Reinecke A.J., 1992]. Токсичність пестицидів визначали за смертністю тест-об'єкту. Розчини препаратів готували на основі дистильованої води, одержуючи стійку суспензію. Для визначення ЛК₀ і ЛК₁₀₀ досліджували такі концентрації: 0,1; 1,0; 10; 100; 1000 мг/кг субстрату за сухою масою. Для визначення медіанної концентрації ЛК₅₀, готували п'ять концентрацій речовини з коефіцієнтом розведення 2. У контролі до базового субстрату додавали таку ж відповідну кількість дистильованої води. Досліди проводили в чотирьох повторностях. Упродовж експерименту проводили спостереження за загальним станом тварин, їх рухливістю, реакцією на подразнення. Червів вважали загиблими, якщо вони не реагували на м'яке механічне подразнення фронтального кінця тіла.

Дослідження впливу трьох інсектицидів (Циклон, Оперкот та А-8), трьох фунгіцидів (Фундазол, Мідний купорос та ФТ 150200) і трьох гербіцидів (Санглі, Вулкан та 2,4-Д 700) на ґрунтову мікрофлору проводили у відповідності з методичними рекомендаціями [Курдіш І.К.,Бучацький Л.П., 1999]. У дослідах використовували зразки дерново-підзолистого ґрунту. Ґрунт вносили в керамічні посудини по 3 кг з розрахунку на суху масу і обробляли одно - та 10-кратною нормами пестицидів. Вплив пестицидів на загальну чисельність мікроорганізмів визначали методом прямого підрахунку мікроорганізмів ґрунту за допомогою люмінесцентного мікроскопу марки СARL ZEISS (фільтр ФС-1-2, ЖЗС-19ЖС-18, об'єктив 90Л, окуляри 4 або5). Концентрацію аміаку, нітратів та нітритів у ґрунті визначали в мг азоту на кг ґрунту після 3 годин, 14 та 28 діб інкубування. В якості позитивного контролю використовували гербіцид Herbogil.

Статистичну обробку проводили за Плохинським [Плохинський Н.А. 1975] з використанням пакету програм Microcal Origin 6.0 та Microsoft Exel ХP.

РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ

Токсичність пестицидів для ґрунтових червів. Дослідження впливу пестицидів на ґрунтових червів E. foetida показало, що жоден з гербіцидів не спричиняв 100%-ву загибель тварин. При дослідженні медіанної концентрації гербіцидів було встановлено, що серед перевірених препаратів найбільш токсичним був Ларен, діючою речовиною (д.р.) якого є метсульфурон-метил, при 1000 мг/кг смертність червів складала 80%. Черви E. foetida виявляли найменшу чутливість до препарату Варта (д.р. ацетохлор).

Серед перевірених інсектицидів найменш токсичним для ґрунтових червів E. foetida був препарат Оперкот (д.р. лямбда-цигалотрин), який навіть у концентрації 2000 мг/кг сухого субстрату призводив лише до 65% смертності червів, а найбільш токсичним був препарат А-8 (д.р. імідаклоприд), який у концентрації 10 мг/кг субстрату спричинював загибель 85% тварин.

Медіанну концентрацію (ЛК₅₀) фунгіцидів для ґрунтових червів E. foetida визначали при різних концентраціях, тому результати представлені 3-ма графіками. Як видно з рис. 3В, найбільш токсичним фунгіцидом для ґрунтових червів був препарат Фундазол. 100%-ву смертність тварин він спричинював навіть у концентрації 5 мг/кг субстрату.

Діючою речовиною фунгіциду Фундазол є беноміл, який широко використовується як позитивний контроль (референс) при перевірці токсичності різних пестицидів та агрохімікатів для червів E. foetida. Тому й фунгіцид з бенамілом виявився найтоксичнішим. Ми встановили, що препарат Фундазол у нормі, рекомендованій для обробки жита та пшениці нетоксичний для червів E. foetida, а у нормах, рекомендованих виробником для обробки капусти (12 кг/га) та суниці (30 кг/га) спричинює токсичну дію. Порівняння ЛК₅₀ та рекомендованих норм використання фунгіцидів подано в таблиці 1. Найменш токсичним був препарат Мідний купорос (рис. 3Б).

Таблиця 1 Співставлення ЛК₅₀ з рекомендованими виробниками нормами досліджених фунгіцидів

Фунгіциди	ЛК 50 (мг/кг)	Рекомендована норма використання	Рекомендована норма використання в перерахунку на 1кг ґрунту (мг/кг)
Ефатол	1076,9+6,3	5 кг /га	6,7
Байзафон	1095,2+5,6	0,3 кг /га	0,4
Фундазол	1,78+0,06	0,6 кг /га 12 кг/га 30 кг/га	0,8 16 40
ФТ 150200	91,7+7,5	0,5 л /га	0,67
Мідний купорос	4285,71+6,71	20 кг /га	26,7

Вид Е. foetida, що використовувався у вищеописаних дослідах є компостним і майже не зустрічається на полях. Тому для підтвердження адекватності наших результатів з токсичності перевірених препаратів для польових олігохет, нами було досліджено вплив окремих пестицидів на Lumbricus rubellus, який є звичайним представником ґрунтових червів на полях України.

Порівняльна оцінка впливу пестицидів на ґрунтових червів Еisenia foetida та Lumbricus rubellus. З досліджених трьох груп пестицидів (5 гербіцидів, 5 фунгіцидів та 5 інсектицидів) відбирали по 2 препарати, які виявились найбільш і найменш токсичними для червів Е. foetida, і за тією ж методикою з використанням штучного ґрунту провели екотоксикологічну оцінку впливу цих пестицидів на червів L. rubellus. З одержаних результатів видно (табл. 2), що в усіх варіантах досліду представники E. foetida виявились значно чутливішими до дії досліджуваних пестицидів порівняно з L. rubellus, за винятком препарату Фундазол. В останньому випадку розбіжність між показниками ЛК₅₀ для двох видів була настільки незначною, що нею можна знехтувати. У решті випадків залежність між смертністю тест-об'єкту і концентрацією внесеного препарату виявляла чітку кореляцію лінійного характеру (r = 0,75 - 0,99), що дозволить прогнозувати вплив пестицидів на представників обох видів.

Таблиця 2 ЛК₅₀ (мг/кг штучного ґрунту) для червів Еisenia foetida та Lumbricus rubellus (М+m; n=4)

Пестициди	Види червів
	Еisenia foetida	Lumbricus rubellus
Варта	2857,14+11,3	3189,2+9,65
Ларен	625+14,1	654,3+12,2
Мідний купорос	4285,71+6,71	5090,9+14,6
Фундазол	1,78+0,06	1,75+0,03
Оперкот	1583,3±9,79	1916,7+12,34
А-8	6,5±2,34	6,84+1,5

Р<0,05

На підставі одержаних даних можна вважати доцільним використання виду E. foetida як модельного тест-об'єкту у вітчизняних токсикологічних дослідженнях.

Дослідження токсичності пестицидів лише для однієї таксономічної групи (ґрунтових червів) не дозволяє об'єктивно оцінити характер їх впливу на ґрунтову біоту. Тому, ми додатково обрали ще одну групу, а саме мікроорганізми ґрунту. Вони широко використовуються як біоіндикатори і є одним з основних чинників процесу ґрунтоутворення та необхідною ланкою колообігу речовин у природі, адже мікроорганізми відіграють провідну роль у деструкції пестицидів.

Екотоксикологічна оцінка впливу пестицидів на ґрунтову мікрофлору циклу азоту. З отриманих нами результатів видно, що внесення у ґрунт інсектицидів практично не впливає на процес амоніфікації органічної речовини. Лише в ґрунті, обробленому 10-кратною нормою інсектициду Циклон, концентрація аміаку відрізняється від такої в контролі на 13%. На 28 добу концентрація аміаку в усіх зразках була майже такою ж, як і в контролі. Внесення гербіцидів Варта, Санглі та 2,4Д 700 також практично не впливало на процес амоніфікації органічної речовини. Після інкубації зразків протягом 14 діб вміст аміаку в ґрунті, обробленому 10-кратною нормою гербіциду Варта, відрізнявся від контролю на 12%, Санглі й 2,4Д 700 на 9% і 8% відповідно. Після 28 діб вміст амонійного азоту залишався приблизно таким, як і в контролі. На рисунку 4 можна побачити, що внесення досліджуваних фунгіцидів у ґрунт також практично не впливало на процес амоніфікації органічної речовини. Після інкубації зразків протягом 14 і 28 діб вміст амонійного азоту відрізнявся від контролю тільки на 13% для 10-кратної норми фунгіциду ФТ 150200, на 14% - 10-кратної норми препарату Мідний купорос та на 13% - 10-кратної норми Фундазол.

Наші результати свідчать про те, що внесення 1-кратної та 10-кратної норми інсектицидів у ґрунт не викликає істотних змін функцій нітрифікуючої мікрофлори. Дія цих препаратів протягом 28 діб у ґрунті спричинювала незначні зміни вмісту нітратів. Відхилення величини цього показника порівняно з контрольним складало не більш як 5% для Циклону та Оперкоту, і 10% для А8. При перевірці впливу гербіцидів на вміст нітратного азоту виявилось, що у зразках ґрунту, оброблених 10-кратними нормами препаратів 2,4Д 700 та Санглі, він відрізнявся на 12% від контролю (28 доба), а в ґрунті, обробленому препаратом Варта - на 9%. Серед фунгіцидів препарати ФТ 150200 та Фундазол у 10-кратній нормі викликали збільшення вмісту нітратів у ґрунті порівняно з контролем на 14% та 13% відповідно, а під дією препарату Мідний купорос протягом 28 діб вміст нітратів, навпаки, зменшився на 14%.

Нітрити не були виявлені в жодному з варіантів досліду. Внесення в ґрунт фунгіцидів, інсектицидів та гербіцидів не спричиняло суттєвих змін у загальній чисельності мікроорганізмів. Так, після обробки ґрунту 1-кратною нормою препарату Циклон спостерігалось збільшення кількості мікроорганізмів у порівнянні з контролем на 10%, а фунгіциду ФТ 150200 - на 8%. В усіх інших варіантах не відмічено різниці між результатами досліду та контролю. Внесення в ґрунт 10-кратної норми препаратів також не супроводжувалось істотними змінами чисельності цих бактерій в ґрунті.

Розробка класифікації пестицидів за впливом на ґрунтову біоту. Результати наших експериментальних досліджень і теоретичні узагальнення стали основою для розробки класифікації пестицидів за показниками негативного впливу на ґрунтову біоту. Нами був визначений ряд показників, які враховували б вплив пестицидів на мікробіологічний стан ґрунту та на смертність ґрунтових червів E. foetida.

У межах обраних показників за ступенем впливу на ґрунтову біоту був здійснений поділ пестицидів на 4 класи небезпечності згідно Рекомендацій Всесвітньої організації охорони здоров'я щодо поділу хімічних речовин (Васильєв В.П., 1989): І клас - особливо небезпечні, ІІ клас - небезпечні, ІІІ клас - помірно небезпечні, ІV клас - мало небезпечні. Діапазон показників у межах класів небезпечності був визначений згідно нормативів, кількісні параметри яких встановлювали за результатами експериментальних досліджень, а також шляхом адаптації існуючих нормативів оцінки екологічного стану окремої групи ґрунтової біоти.

Токсикологічну класифікацію пестицидів здійснили за таким параметром, як ЛК₅₀ пестициду для червів E. foetida при внесенні його в ґрунт (табл. 3).

Таблиця 3 Екотоксикологічна класифікація пестицидів за небезпечністю для ґрунтової біоти

Критерій	І клас - високо небезпечні	ІІ клас - небезпечні	ІІІ клас-помірно небезпечні	ІV клас - мало небезпечні
	Показник	бал	Показник	бал	Показник	бал	Показник	бал
Токсичність для червів Eisenia foetida (ЛК50) мг/кг	До 50	4	50 - 200	3	201 - 1000	2	вище 1000	1
Зміна загальної кількості мікроорганізмів у ґрунті (%)	15-14	4	13 - 10	3	9 - 5	2	<5	1
Зміна вмісту нітратів у ґрунті (%)	15-14	4	13 - 10	3	9 - 5	2	<5	1
Зміна вмісту аміаку у ґрунті(%)	15-14	4	13 - 10	3	9 - 5	2	<5	1

Використані концентрації відповідали запропонованим екотоксикологічним нормативам. Виходячи з розведень препарату, при яких гинуло 50% піддослідних тварин, визначали ступінь впливу пестициду таким чином: до 50 мг/кг - І клас небезпечності, від 50 до 200 мг/кг - ІІ клас, від 200 до 1000 мг/кг - ІІІ клас, вище 1000 мг/кг - ІV клас (табл. 3)

Критерієм екотоксикологічної класифікації впливу пестицидів на ґрунтову мікрофлору слугували також зміни вмісту нітратів і аміаку в ґрунті, та загальна чисельність ґрунтових мікроорганізмів (табл. 3). По кожному показникові нами була розроблена шкала оціночних балів - рівнів небезпеки, які характеризують вплив пестициду на ґрунтову мікрофлору циклу азоту. Оскільки зміни ґрунтової мікрофлори циклу азоту під дією дозволених у використання пестицидів не повинні перевищувати значення контролю більш як на 15%, оцінку рівня небезпечності їх застосування за величиною зміни вмісту у ґрунті нітратів, нітритів, аміаку та загальної чисельності мікроорганізмів вважаємо за доцільне проводити у таких межах: 15% - 14% високо небезпечний, 13% - 10% - небезпечний, 9% - 5% - помірно небезпечний, < 5% - мало небезпечний (табл. 3). Узагальнюючим критерієм, за яким пестицид відносили до одного з чотирьох класів небезпечності, була загальна сума балів.

Сумарні оціночні бали за 16-бальною шкалою, які відповідають чотирьом класам екотоксикологічної небезпечності, такі: І - 16, ІІ - 15- 9, ІІІ - 8 - 4, IV - < 4.

Згідно запропонованої нами класифікації перевірені препарати можна віднести до різних класів небезпечності. Ці результати представленні в таблиці 4.

Таблиця 4 Класи небезпечності досліджених пестицидів для ґрунтової біоти

Назва пестициду	Клас небезпечності
Гербіциди
Варта (д.р. ацетохлор)	ІІІ
Санглі (д.р. гліфосат)	ІІІ
2,4-Д 700 (д.р. 2,4Д -амінна сіль)	ІІІ
Фунгіциди
Фундазол (д.р. бенаміл)	ІІІ
ФТ 150200 (д.р. флутриафол, триадимефон)	ІІІ
Мідний купорос (д.р. сульфат міді)	ІІІ
Інсектициди
Циклон (д.р. альфа-циперметрин)	ІІ
А-8 (д.р. імідаклоприд)	ІІІ
Оперкот ( лямбда-цигалотрин)	ІІІ

Ступінь небезпечності (Сн) досліджуваних пестицидів визначали з урахуванням їх токсиколого-гігієнічних і екотоксикологічних властивостей за 7-бальною шкалою згідно загальноприйнятої схеми інтегральної класифікації (Васильєв В.П., 1989). Він розраховується за формулою:

Сн = (К_А+К_Б) - 1,

де К_А і К_Б - класи небезпеки за токсиколого-гігієнічною (категорія А) та екотоксикологічною (категорія Б) класифікаціями.

У категорії А кількісним показником є токсичність препарату за величиною ЛД₅₀ для пацюків при надходженні в шлунок (за даними довідників), а в категорії Б - токсичність препарату за величиною ЛК₅₀ для ґрунтових червів та його вплив на ґрунтову мікрофлору циклу азоту (табл. 5).

Таблиця 5 Класи небезпечності та ступені небезпеки досліджуваних пестицидів

Препарат, Діюча речовина	ЛД50 мг/кг	Клас (КА)	ЛК50 мг/кг	Загальна чисель-ність ґрунто-вих м/о	Вміст NH4+ в ґрунті	Вміст NO3- в ґрунті	Клас (КБ)	Сн
				(різниця з контролем, %)
ГЕРБІЦИДИ
Санглі, 48% к.е., ізопропіламінна сіль гліфосату	<2000	3	1461,5 +19,99	-	-	9,5	3	5
Варта, 90% к.е., ацетохлор	<200	2	2857,14+11,3	-	-	9,0	3	4
2,4-Д 700,72% к.е., 2,4Д -амінна сіль	<200	2	1142,9 +12,6	-	6,0	10	3	4
ФУНГІЦИДИ
Фундазол, 50% к.е,бенаміл	<200	2	1,78 +0,06	-	7,0	-	3	4
Мідний купорос, 34,5%к.е., сульфат міді	520	3	4285,71+6,71	11,0	-	-	3	5
ФТ 150200, 27% к.е, флутриафол, триадимефон	1140 568	3 3	91,7 +7,5	8,0	-	-	3	5 5
ІНСЕКТИЦИДИ
Циклон, 10% к.е,альфа-циперметрин	368	3	17,8 ±1,32	10,0	13,0	-	2	4
Оперкот, 0,5% к.е, лямбда-цигалотрин	243	2	1583,3 ± 9,79	-	6,0	-	3	4
А-8, 20% к.е, імідаклоприд	424	3	6,5 ±2,34	-	5,0	5,0	3	5

При застосуванні інтегральної класифікації пестицидів у категорії Б, як правило, використовують різні показники: константу швидкості детоксикації пестицидів у ґрунті (k), період їх напіврозпаду (Т₅₀), фітотоксичну дію, токсичність для корисних комах, риб. Проте, ці критерії не відображають шкодочинність препаратів для ґрунтової екосистеми. Саме тому нами запропоновано у категорію Б додати такі показники як токсичність для ґрунтових червів та вплив на ґрунтові мікроорганізми циклу азоту.

Таким чином нами встановлено, що досліджені пестициди, з урахуванням їх впливу на ґрунтову біоту, мають 4-й (Варта, Циклон, Оперкот, Фундазол, 2,4-Д 700), і 5-й (А-8, ФТ 150200, Санглі та Мідний купорос) ступені небезпечності, і в рекомендованих виробниками дозах є екологічно безпечними.

ВИСНОВКИ

Досліджено комплексну дію пестицидів різних хімічних класів і призначення, а саме: гербіцидів Санглі, Варта, 2,4-Д 700, Ларен, НТ 630120, фунгіцидів Фундазол, Мідний купорос, ФТ 150200, Ефатол, Байзафон та інсектицидів Оперкот, Банкол, Дамаск, Циклон і А-8 у лабораторному експерименті на ґрунтових червів Eisenia foetida, та трьох препаратів з кожної групи пестицидів на ґрунтову мікрофлору циклу азоту, враховуючи їх вплив на загальну чисельність ґрунтових мікроорганізмів, вміст аміаку, нітратів та нітритів у ґрунті.

Встановлено, що черви Eisenia foetida були стійкими до дії препаратів у дозах, рекомендованих виробниками. Найменшу чутливість черви мали до гербіциду Варта (діюча речовина ацетохлор, клас хлорацетамідів) - ЛК₅₀ 2857,14+11,3 мг/кг, інсектициду Оперкот (діюча речовина лямбда-цигалотрин, клас піретроїдів) - ЛК₅₀ 1583,3±9,79 мг/кг, та фунгіциду Мідний купорос (діюча речовина сульфат міді, клас неорганічних сполук міді) - ЛК₅₀ 4285,71+6,71.

Виявлена висока кореляція (r = 0,75-0,99) між токсичністю досліджених пестицидів для тест-об'єкту Eisenia foetida і звичайного для агроценозів виду Lumbricus rubellus, що дозволяє рекомендувати Eisenia foetida як більш чутливий і зручний для лабораторних екотоксикологічних досліджень пестицидів.

З'ясовано, що в лабораторному експерименті дія пестицидів у нормах, рекомендованих виробниками для польових застосувань, не спричинювала суттєвих змін загальної чисельності ґрунтових мікроорганізмів і активності ґрунтової мікрофлори циклу азоту. За результатами проведених екотоксикологічних досліджень препарати Ларен, Фундазол, Джерело (ФТ 150200), Мідний купорос, Ефатол, Байзафон, Банкол, Циклон, Оперкот, Дамаск зареєстровані в Україні і внесені до „Переліку пестицидів і агрохімікатів, дозволених до використання в Україні".

На основі комплексних екотоксикологічних досліджень впливу пестицидів на ґрунтових червів та мікроорганізми циклу азоту розроблено чотириступеневу екотоксикологічну класифікацію небезпечності пестицидів для ґрунтової біоти, яку можна рекомендувати для застосування при проведенні екотоксикологічної експертизи препаратів в Україні.

Результати досліджень були використані для розрахунків ступенів небезпеки вивчених пестицидів. Встановлено, що перевірені препарати Циклон, Варта, 2,4-Д 700, Фундазол, Оперкот мають 4-й, а Санглі, А-8, ФТ 150200, Мідний купорос - 5-й ступінь небезпечності і належать до помірнонебезпечних сполук за 7-бальною інтегральною шкалою. Досліджені препарати в рекомендованих виробниками дозах є екологічно безпечними.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Залоїло О.В., Бучацький Л.П. Вплив інсектициду банкол на ґрунтові мікроорганізми циклу азоту// Вісник Київського університету імені Тараса Шевченка. Серія Біологія.-2003.- Вип.41.- С. 133-135.

2. Залоїло О.В., Бучацький Л.П. Екотоксикологічна оцінка впливу інсектициду Циклон на ґрунтові мікроорганізми циклу азоту// Вісник Київського університету імені Тараса Шевченка. Серія Біологія.- 2004.- Вип.42.- С. 26-28.

3. Залоїло О.В., Філенко О.М., Бучацький Л.П. Екотоксикологічна оцінка впливу гербіциду вулкан на ґрунтову біоту// Агроекологічний журнал. - 2004. - №4. - С. 34-37. (Особисто дисертантом проведено експериментальні дослідження, аналіз та узагальнення, сформульовано висновки до роботи).

4. Залоїло О.В., Філенко О.М., Славний П.С., Бучацький Л.П. Вплив гербіциду Санглі на ґрунтову біоту// Вісник проблем біології і медицини. - 2004. - №2.- С. 3-7. (Особисто дисертантом проведено підбір літературних даних, статистичну обробку та аналіз експериментальних досліджень, сформульовано висновки до роботи).

5. Залоїло О.В., Мусієнко М.М., Філенко О.М., Бучацький Л.П. Екотоксикологічна оцінка впливу гербіцидів на корисні живі організми ґрунту// Вісник аграрної науки. - 2005.- №3.- С.31-35. (Особисто дисертантом проведено експериментальні дослідження, їх статистична обробка, аналіз та узагальнення).

6. Залоїло О.В., Бучацький Л.П. Екологічна оцінка впливу новітніх гербіцидів на ґрунтові мікроорганізми циклу азоту// Науковий вісник Чернівецького університету. - 2005.- Вип. 257.- С. 73-79.

7. Залоїло О.В., Філенко О.М., Бучацький Л.П. Порівняльна екотоксикологічна оцінка впливу новітніх фунгіцидів на черв'яків Eisenia foetida // Молодь і поступ біології: Тези доповідей І Міжнародної конференції студентів та аспірантів (11-14 квітня 2005р.). - Львів: СПОЛОМ, 2005.- С. 106-107.

8. Залоїло О.В., Філенко О.М., Майстренко М.І., Бучацький Л.П. Вплив фунгіциду Фундазол на індикаторні групи ґрунтових організмів в модельних агроекосистемах// Современные проблемы зоологии и экологии: Материалы Международной конференции (23-25 апреля 2005г.).- Одесса: Одесский нац. ун-т им. И.И. Мечникова, 2005.- С.110-111.

9. Залоило О.В., Бучацкий Л.П. Экотоксикологическая оценка влияния фунгицида Медный купорос на микроорганизмы цикла азота// Современное состояние и перспективы развития микробиологии и биотехнологии: Материалы Международной конференции (26-28 мая 2004г.).- Минск: МИКРОБИО, 2004.-С.361-362.

АНОТАЦІЯ

Залоїло О.В. Екотоксикологічна оцінка пестицидів за впливом на індикаторні групи ґрунтових організмів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук зі спеціальності - 03.00.16 - екологія. - Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2006

У дисертаційній роботі представлено результати дослідження впливу 15 пестицидів (5 фунгіцидів, 5 інсектицидів та 5 гербіцидів) на ґрунтових червів Eisenia foetida та 9 пестицидів (3 фунгіциди, 3 інсектициди та 3 гербіциди) на ґрунтову мікрофлору циклу азоту.

Встановлено ЛК₅₀ пестицидів для ґрунтових червів Eisenia foetida. Показано, що рекомендовані виробниками для застосування в польових умовах норми пестицидів є безпечними, вони на 1-5 порядків нижчі за ті, що є токсичними для червів.

З'ясовано, що всі досліджені пестициди в нормах, рекомендованих для польових застосувань, не спричиняють негативного впливу на загальну чисельність ґрунтових мікроорганізмів та активність ґрунтової мікрофлори циклу азоту.

На підставі комплексних досліджень токсичності пестицидів для ґрунтових червів методом біотестування та екотоксикологічної дії цих препаратів на ґрунтові мікроорганізми циклу азоту розроблено чотириступеневу екотоксикологічну класифікацію небезпечності пестицидів для ґрунтової біоти.

Ключові слова: пестициди, гербіциди, фунгіциди, інсектициди, ґрунтові черви, ґрунтові мікроорганізми циклу азоту, екотоксикологічна оцінка.

АННОТАЦИЯ

Залоило О.В. Экотоксикологическая оценка пестицидов по влиянию на индикаторные группы почвенных организмов. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата биологических наук по специальности - 03.00.16 - экология.- Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Киев, 2006.

В диссертационной работе представлены результаты исследований влияния 15 пестицидов (5 фунгицидов - Фундазол, Медный купорос, ФТ 150200, Эфатол, Байзафон; 5 инсектицидов - Циклон, Оперкот, А-8, Банкол, Дамаск; и 5 гербицидов - Ларен, Сангли, 2,4 -Д 700, Варта, НТ 630120) на земляных червей Eіsenіa foetіda и 9 пестицидов (3 фунгицида, 3 инсектицида и 3 гербицида) на почвенную микрофлору цикла азота.

При исследовании влияния пестицидов на почвенных червей E. foetіda было показано, что их смертность зависит от физико-химических свойств пестицидов, а не нормы их затрат. В процессе исследований медианной концентрации гербицидов было установлено, что среди проверенных препаратов наиболее токсичным является Ларен (д.в. метсульфурон-метил) - при 1000 мг/кг смертность червей составляла 80%. Наименее токсичным для червей E. foetіda среди проверенных гербицидов был препарат Варта (д.в. ацетохлор). В результате проведенных исследований токсичности инсектицидов для земляных червей E. foetіda было выяснено, что наименее токсичным был препарат Оперкот (д.в. лямбда-цигалотрин), который даже в концентрации 2000 мг/кг сухого субстрата вызывал лишь 65% смертность червей. Наиболее токсичным был препарат А-8 (д.в. имидаклоприд), который в концентрации 10 мг/кг субстрата вызывал 85% смертность животных. Определяя медианную концентрацию (ЛК₅₀) фунгицидов для земляных червей E. foetіda установили, что наиболее токсичным фунгицидом для земляных червей был препарат Фундазол. Он вызывал 100% смертность животных даже в концентрации 5 мг/кг субстрата. Действующим веществом фунгицида Фундазол является бенамил, который широко используется как положительный контроль (референс) при проверке токсичности различных пестицидов и агрохимикатов для червей E. foetіda. Поэтому фунгицид с бенамилом оказался наиболее токсичным. Наименее токсичным среди фунгицидов был препарат Медный купорос (д.в. сульфат меди).

Выяснено, что все исследованные пестициды в нормах, рекомендованных для полевых применений, не оказывают негативного влияния на общую численность почвенных микроорганизмов и активность почвенной микрофлоры цикла азота. По результатам проведенных исследований препараты зарегистрированы в Украине.

На основе комплексных экотоксикологических исследований влияния пестицидов на почвенных червей и почвенные микроорганизмы цикла азота разработана экотоксикологическая классификация безопасности пестицидов для почвенной биоты, которую можно рекомендовать для использования при проведении экологической экспертизы препаратов.

Степень опасности исследованных пестицидов устанавливали с учетом их токсиколого-гигиенических и экотоксикологических свойств по 7-бальной шкале согласно общепринятой схеме интегральной классификации.

Согласно интегральной классификации установлено, что в предлагаемых производителями дозах препараты принадлежат к умеренно опасным соединениям.

Ключевые слова: пестициды, гербициды, фунгициды, инсектициды, земляные черви, почвенные микроорганизмы цикла азота, экотоксикологическая оценка.

ANNOTATION

Zaloilo O.V. Ecotoxicological assessment of pesticides according to the influence on indicator groups of soil organisms. - A manuscript.

Dissertation for the candidate of biological sciences degree in speciality 03.00.16 -- Ecology. -- Kyiv National Taras Shevchenko University, Kyiv, 2006.

The thesis presents results of a study of 15 pesticides (5 fungicides, 5 insecticides and 5 herbicides) effect on earthworms Eisenia foetida and 9 pesticides (3 fungicides, 3 insecticides and 3 herbicides) on nitrogen cycle soil microflora.

LC₅₀ for earthworms Eisenia foetida was determined. It was shown that the norms of pesticides recommended by the manufacturer for application in the field conditions are safe as they are 1-5 orders below the concentrations toxic to the worms.

It was established that all studied pesticides, in the norms recommended for the field applications, do not exert negative influence on general count of soil microorganisms and activity of soil microflora of the nitrogen cycle.

A classification of pesticides safety for soil biota is suggested basing on complex investigation of pesticides toxicity for soil worms and ecotoxicological effect of these preparations on nitrogen cycle soil microorganisms.

Key words: pesticides, herbicides, fungicides, insecticides, earthworms, nitrogen cycle soil microorganisms, ecotoxicological аssessment.

Размещено на Allbest.ru