Влияние стресс-факторов на загрязнение насаждений токсичными остатками

Влияние стресс-факторов на загрязнение виноградных насаждений токсичными остатками
Т. Н. ВОРОБЬЕВА, д-р с.-х. наук, профессор; А.А. ВОЛКОВА, канд. с.-х. наук; А.Н. МАКЕЕВА, канд. с.-х. наук
Северо-Кавказский зональный научно-исследовательский институт садоводства и виноградарства
Ю.А. ВЕТЕР, канд. с.-х. наук
ООО АФ «Мирный» Темрюкского района Краснодарского края
Ключевые слова: пестициды, почва, виноград, стресс-факторы
Key words: pesticides, soil, grapes, stress factors

Актуальность и цель исследований.

Среди многочисленных факторов, влияющих на продуктивность виноградников, наиболее опасны изменения климата, вызывающие стрессовые ситуации, что в значительной мере снижает адаптивные свойства растения. При этом как часто наблюдаемыми, а потому и более опасными можно считать перепады температурного режима в позднезимний и ранневесенний периоды. Осенние и весенние заморозки, резкое наступление морозов после теплой осени дают основание считать, что такая ситуация может иметь место в отдельные годы в течение годичного цикла. При этом в научной информации не рассматривается совершенно очевидно имеющаяся взаимосвязь абиотических и антропогенных факторов, значительно усиливающих стрессовое состояние виноградного растения.
Установлено, что основным антропогенным фактором, вызывающим повышенное содержание токсичных веществ в винограде, служит интенсивное применение пестицидов. При этом помимо текущих (сезонных) химических обработок виноградного растения не менее опасным источником загрязнения продукции фоновыми токсикантами является почва насаждений, ранее аккумулировавшая различные по происхождению химические соединения. Техногенная нагрузка в виде многолетней интенсивной химизации насаждений объясняет накопление опасных соединений в почве, а значит, и виноградовинодельческой продукции. Эти стресс-факторы значительно снижают плодородие почвы, иммунитет растений и продуктивность виноградников, поэтому в постстрессовом восстановлении виноградные насаждения нуждаются под влиянием тесно взаимосвязанных факторов как абиотических, отмечаемых в отдельные годы, так и ежегодных антропогенных.

Цель проведенных исследований — показать взаимосвязь природно-климатических условий и техногенной нагрузки, их влияние на степень загрязнения виноградников токсичными остатками.

Материалы и методы.

Материал для анализа отбирали на виноградниках специализированных хозяйств Анапо-Таманской зоны, одной из основных виноградарских зон региона.

Объекты исследований — виноградные насаждения (почва — виноград).
Эколого-токсикологический мониторинг (схема отбора проб, подготовка к анализу) выполняли по методу, запатентованному сотрудниками токсикологической лаборатории СКЗНИИСиВ (решение ФИПС от 29.10.09 г. о выдаче патента на изобретение по заявке №2008107192/12 (007789) от 26.02.2008 г.) [1]. Почвенные пробы отбирали осенью после всех защитных обработок и весной до начала применения пестицидов, что позволяет определить влияние возможных низких температур на процесс деградации токсичных остатков в почве до безопасных соединений. В конце текущего сезона с этой же целью перед сбором урожая и во время его уборки отбирали пробы выращенного винограда. Остатки пестицидов определяли по утвержденным методикам [2, 3] на газовом хроматографе «Цвет 500М» с модулем управления «Хромое ИРМ- 10» и жидкостном хроматографе «KNAUER».
Полученный цифровой материал экспериментов обрабатывали методами математической статистики с применением электронно- вычислительной техники и специализированных компьютерных программ (ресурсы Windows: ESB Stata Standart 1.1; Stata v. 6.0; Unistat Statistical Package V5.0.01; Statit Professional QC 5.2.8 и др.) [4].

Результаты и обсуждение.

Значительная часть пестицидов из защитных обработок винограда попадает в почву насаждений, где аккумулируются и длительно сохраняются в виде токсичных остатков. Это доказано результатами многолетних исследований [5, 6], проведенных сотрудниками токсикологической лаборатории СКЗНИИСиВ в различных почвенно-климатических условиях юга Кубани.
В последние десятилетия виноградники Кубани ежегодно обрабатывали пестицидами различных групп химических соединений: хлорорганическими и фосфорорганическими препаратами (ХОП, ФОП); пиретроидами, бензимидазолами, триазолами, металаксилами, дитиокарбаматами, медьсодержащими и др. По данным многолетнего эколого-токсикологического мониторинга виноградников, обрабатываемых пестицидами, загрязнение почвы в среднем достигает превышения в 1,6 (ХОП); 2,5 (ФОП); 3,5 (пиретроиды); 1,7 (триазолы); 0,5 (дитиокарбаматы); 0,8 (бензимидазолы) раза относительно величин предельно допустимой концентрации (ПДК). В то же время в винограде также обнаруживали избыточные количества пестицидов из числа как сезонных, так и фоновых почвенных токсикантов (изомеры ГХЦГ, метаболиты ДДТ, золон, данадим, децис, фастак, каратэ, фалькон, хлорпирифос, байлетон, манкоцеб и др.). Именно фоновые почвенные токсиканты представляют наибольший интерес и наименее изучены по степени их накопления и длительности сохранения в почве.
Почве принадлежит главенствующая роль в самоочищении агрофитоценозов от пестицидов, а ее самоочищающая способность определяется биологической активностью и гидротермическими условиями среды. В то же время значительные концентрации в почве различных токсичных химических веществ, обладающих высокой биологической активностью, могут отрицательно влиять на жизнедеятельность живых микроорганизмов, ускоряющих трансформацию пестицидов. При замедленной деградации пестицидов даже умеренное ежегодное их применение с течением времени приводит к нежелательным эколого-токсикологическим последствиям.
Поскольку все экологические компоненты связаны между собой потоками вещества и энергии в единую экосистему, то относительное самоочищение одного блока экосистемы (почва) вызывает загрязнение других блоков (растение — продукция). Этот процесс протекает до тех пор, пока полностью не деградируют загрязнители или они будут выведены за пределы части элементарной системы. Загрязнители, поступающие в любой из блоков элементарной экосистемы, вовлекаются в процессы выноса в другие блоки, аккумуляции, трансформации или разложения в любом из блоков (или самоочищения блока от загрязнителей). Скорость рассматриваемых процессов в основном определяют физико-химические свойства соединений, загрязняемого объекта и показатели экологического состояния среды, как совокупности многообразия различных факторов, в том числе, климатических условий.
Под полным разложением пестицидов (деградация) обычно понимается разрушение препаратов в результате химических и биохимических реакций с образованием практически нетоксичных продуктов. Период разложения того или иного пестицида в сильной степени зависит от метеорологических условий. Большое влияние оказывает температура окружающей среды: как низкие температуры, так и интенсивность солнечного излучения. Чем выше их показатели, тем сильнее сдерживается или интенсивнее протекает процесс разложения большинства пестицидов в различных экосистемах. Так, самая интенсивная в течение одного вегетационного сезона инактивация стойких пестицидов может происходить во влажных субтропиках, что подчеркивает особую важность регионального аспекта в проблеме детоксикации пестицидов.
В то же время токсичные вещества достаточно долго сохраняются в почвах северных регионов даже при низком уровне концентрации их остатков. Температурные условия также влияют и на деструкцию пестицидов в продукции. Остатки пестицидов в винограде в процессе хранения в условиях пониженной температуры (0,5...2,0 °C) разлагаются гораздо медленнее, нежели в обычных условиях (табл. 1) [7].
Метеорологические условия в 2005, 2006 и 2012 гг. характеризовались пониженными против обычных температурами воздуха зимой (в отдельные периоды до -25 °C, см. рисунок). Деградация в почве практически всех пестицидов наиболее интенсивно происходит с мая по октябрь, в это же время растения обрабатывают пестицидами и идет их накопление в почве. Низкие температуры позднезимнего и ранневесеннего периодов в отдельные годы практически не влияют на этот процесс. Это подтверждают данные эколого-токсикологического обследования почвы виноградных участков осенью предшествующего и последующей весной после зимних необычных для Кубани заморозков. Содержание токсичных остатков и их метаболитов в почве сравниваемых периодов практически не изменилось (табл. 2), что указывает на снижение биологического потенциала почвы и замедление процесса деградации пестицидов.
Сумма остаточных количеств препаратов и их метаболитов в почве весной оставалась практически аналогичной осенней величине (для прошлого года по окончании всех обработок).
Метеорологические условия в 2011, 2012 гг. характеризовались заморозками в феврале, а в отдельные дни доходили до -20 °C.
Содержание токсичных остатков в почве осенью после обработок и весной до обработок оставалось практически без изменений.

Таблица 1

Динамика минимальных температур воздуха за 2005-2006 (а) и 2011-2012 (6) гг.

Таблица 2

Таким образом, процесс деградации пестицидов в почве помимо прочих факторов зависит и от температурного режима среды, в которой они аккумулированы и сохраняются. При низких зимних температурах процессы деградации и трансформация пестицидов в почве значительно тормозятся и замедляются.
Эколого-токсикологическая опасность низких зимних температур гипотетически заключается в последующем во время вегетации увеличении поглотительной способности ослабленных растений для восстановления собственного потенциала, что, в свою очередь, одновременно усиливает процесс транслокации (перемещение) сохранившихся в почве токсичных веществ в растение и производимую продукцию.

Выводы.

Общая длительность сохранения остаточных количеств пестицидов в почве может существенно варьировать даже в масштабах сравнительно небольшого региона. Особенно сильно влияют почвенно- климатические условия на скорость детоксикации пестицидов в экстремальных климатических зонах, отличающихся резкими перепадами температурного режима. Температура атмосферного воздуха и почвенных горизонтов оказывает большое влияние на поступление веществ в корневую систему, растение, продукцию и на сохранение остатков пестицидов в объектах экосистемы виноградников.
Результаты эколого-токсикологических исследований показывают, что для снижения пестицидного прессинга на виноградники с целью сохранения природно-энергетического потенциала экосистемы виноградных насаждений, повышения качества продукции, производимой после стрессовых температур предыдущего зимнего периода, следует ограничить число обработок, нормы расхода препаратов и применение высокотоксичных пестицидов либо строго их регламентировать.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ВоробьеваТ.Н. Патент РФ №RU 2380888 С.2. Способ эколого-токсикологического мониторинга виноградников/Т.Н. Воробьева, Г.А. Ломакина, А.Н. Макеева, А.А. Волкова. — М.: Роспатент, бюл. №4/2010. 4 с.
2. Методические указания по определению микроколичества пестицидов в продуктах питания и внешней среде. — М.:, 1992. Т. 1-2.
3. Методы контроля. Химические факторы. Определение остаточных количеств пестицидов в пищевых продуктах, сельскохозяйственном сырье и объектах окружающей среды//Сб. метод. указаний. Вып. 4. Ч. 1 МУК 4.1.1426-4.1.1429-03. — М.: Минздрав России, 2004. 211 с.
4. ВоробьеваТ.Н. Методические указания. Эколого-токсикологический мониторинг и оценка риска последствий пестицидного техногенеза на виноградниках/Т.Н Воробьева, Г.А. Ломакина. — Краснодар: ООО «Просвещение-ЮГ», 2005. 68 с.
5. Воробьева Т.Н. Применение медьсодержащих препаратов на виноградниках Юга Кубани (исследования, экологическая оптимизация)/Т.Н. Воробьева, А. А. Волкова. — Краснодар: ООО «Альфа-полиграф+», 2011. 155 с.
6. Воробьева Т.Н. Продуктивность ампелоценозов и агротехнические новации в виноградарстве (изучение, экологизация производства)/Т.Н. Воробьева, Ю.А. Ветер. —  Краснодар: ООО «Альфа-полиграф+», 2011. 200 с.
7. Воробьева Т.Н. Эколого-токсикологическое совершенствование производства и хранения столового винограда/Т.Н. Воробьева, О.Н. Малахов. — ООО «Просвещение-ЮГ» Краснодар. 219 с.