Способ определения способности почв к самоочищению от остатков пестицидов Советский патент 1993 года по МПК G01N33/24 

Предлагаемое изобретение относится к области сельскохозяйственного производства и охраны окружающей среды и может быть использовано в практике агрохимслужбы, службе мониторинга и работе научно-исследовательских институтов.

Целью данного изобретения является сокращение времени и повышение информативности картирования заданной территории с ранжированием почв по способности к самоочищению от остатков пестицидов.

Поставленная цель достигается тем, что, вначале в почвенных образцах с заданной территории одновременно определяют кислотность (рН) почв и содержание суммы обменных кальция и магния (Са + Мд), затем определяют период полуисчеэновения пестицидов в этих почвах по регрессионному уравнению

InTso - а + Ь -НН + с(Са + Мд), где: а, Ь и с - коэффициенты, зависящие от пестицида и климатических условий, после чего почвы ранжируют по рН и содержанию (Са + Мд), соответствующим определенной способности почв к самоочищению от остатков пестицида, а картирование территории

00 00 О О СА Qv

OJ

проводят с помощью компьютерной визуализации.

Только совокупность предложенных признаков позволяет достичь цели изобретения.

Кислотность почв и содержание обменных Са и Мд являются одними из основных почвенно-агрохимических характеристик, поэтому при проведении крупномасштабного картирования для большинства сельскохозяйственных регионов страны используются уже имеющиеся банки данных по агрохимическим свойствам почв. Кроме того, пользуются данными гидромет- службы о гидротермическом режиме посев данного региона {среднемноголетняя среднесуточная температура и влажность почв пахотного слоя в летние месяцы). Установ- но, что полученная зависимость Tso разложения пестицида в почве от ее рН и уровня (Са + Мд) определяется прежде всего свойствами почв.наличием тесной связи между этими характеристиками и интенсивностью основных почвенных процессов, влияющих на скорость детоксикации пестицидов: сорбции и микробиологической активности. Поэтому она носит общий характер для большинства органических пестицидов. Для проведения крупномасштабного картирования достаточно определить параметры предложенного уравнения для одного-двух представителей основных классов используемых пестицидов, после чего их можно использовать для оценки сравнительной персистентности других.

Для каждой климатической зоны определяют свои параметры уравнения в модельных условиях при температуре и влажности почв, близких к среднелетним, или пользуются известными уравнениями зависимости Tso разложения пестицида в почве от температуры и влажности.

Пример. Оценку способности почв к самоочищению от остатков пестицидов проводили на примере Московской области. Изучены все основные типы почв: дерново- подзолистая, серая лесная, лугово-аллюви- альная пойменная, выщелаченный чернозем. Отобранные образцы максимально различались по свойствами. В качестве пестицидов испытывались представители двух основных классов, наиболее широко используемых в растениеводстве: 2,4-Д и симазин. Эти пестициды резко отличаются друг от друга по растворимости и персистентности в почве.

Для определения коэффициентов регрессионного уравнения (a, b и с) для каждого из пестицидов отбирают 15-25 образцов почв, максимально различающихся по свойствам, В них определяют рН и содержание суммы (Са + Мд). Затем в почвенные образцы вносят пестицид: водный раствор меченной 1-4С - 2,4-Д в дозе 10 мг/кг или

меченный по алкильной группе 14С-симазин (смачивающийся порошок) в дозе 5 мг/кг по действующему веществу. Эти концентрации соответствуют максимально рекомендуемым в практике дозам пестицидов (10 и б

кг/г а). Затем почвы инкубируют в колбах, снабженных насадками для продувания слабого тока воздуха и улавливания выделяющегося С02. Инкубирование проводят в термостате при температуре 19° и влажности почвы 65% полной влагоемкости (близкие к среднемноголетним среднесуточным данным в летние месяцы) Эксперименты продолжаются до полного исчезновения пестицидов, но не более периода вегетации

(2-6 месяцев).

За динамикой исчезновения 2,4-Д следят с помощью динамики выделения СОг. Для этого гербицида она полностью соответствует динамике его разложения. Процесс исчезновения 2,4-Д заканчивается за время наблюдения практически полностью, поэтому за период его полуисчезновения принимают время в точке перегиба полученной S-образной кривой динамики выделения МС02 (фиг. 1).

Скорость детоксикации симззина оценивают по динамике исчезновения его экстрагируемых остатков (5Э). Из-за высокой персистентности симаэина за время наблюдения редко удается получить полную S-об- разную кривую. Для определения периода полуисчезновения экстрагируемой части препарата находят количество прочносвя- занного симазина в каждой почве (See) no

методике (5), а за Tso симазина принимают время достижения половинной концентрации оставшегося экстрагируемого симазина, равной - (фиг. 2). Период исчезновения основной части препарата рассчитывают по общепринятой формуле Tgs 4.3 -Т50.

Полученные результаты обрабатывают на ЭВМ. Для каждого пестицида находят

коэффициенты регрессионного уравнения вида:

LnTgo а + b чэН -f с(Са + Мд).

Получены следующие регрессионные уравнения: Для 2,4-Д:

LnTso 6,2 - 0,7рНВ|

где: рНв - рН водной вытяжки (R 0,65, Р 0,000t, коэффициент вариации Кв ±21%). Для симазина

LnTso 8,5 - 0,7рНв + 0,07(Са + Мд) (R2 0,60, Р 6,003, Кв ± 7%).

Как видно из уравнений, для 2,4-Д коэффициент при переменной (Са Мд)с 0, т.е. содержание суммы обменных Са и Мд не вносит заметного вклада в скорость его де- токсикации. В то же время для разложения симазина эта величина имеет существенное значение. Это связано с разной персистен- тностью и сорбционной способностью данных пестицидов.

Для проведения крупномасштабного картирования исследуемого региона используют банк данных агрохимического обследования почв заданной территории, который включает в себя данные по рН почв и содержанию обменных Са и Мд. .

Затем с помощью полученных уравнений проводят ранжирование почв по этим показателям, соответствующим определенной способности почв к самоочищению от остатков выбранных пестицидов.

Нами для малоперсистентного 2,4-Д выбрана следующая классификацию почв: с высокой, средней и умеренно слабой способностью к самоочищению. К ним отнесены почвы, в которых разложение основной части пестицида происходит соответственно менее чем за 20 сут., 20-60 сут. и более, чем за 60 сут. Этим интервалам Tgs соответствуют следующие интервалы Tso: 5; 5-20 и 20 сут. По регрессионному уравнению для 2,4-Д находят соответствующие интервалы рИ8 (табл. 1). При ранжировании по этому принципу установлено, что большинство, исследуемых почв (70-80%) имеет рНе 5,8 и обладает высокой способностью разлагать гербицид. От 10 до 26% почв в зависимости от физико-географической провинции имеет рНв от 5,0 до 5,8 и среднюю способность к самоочищению. Лишь в небольшой части почв (2-12 %) остатки 2,4-Д могут сохраняться до 2-3 месяцев и более, что увеличивает вероятность их сохранения до следующего вегетационного периода, а следовательно существует опасность загрязнения грунтовых вод.

При ранжировании почв по способности к самоочищению от остатков симазина для сокращения числа вариантов выбирают несколько другой принцип. Как видно из фиг. 3, по способности к самоочищению почвы довольно четко делятся на ненасыщенные и насыщенные обменными Са и Мд, с содержанием их суммы соответственно ниже и выше 19,5 мг-экс/100 н. Причем среди последних практически отсутствуют кислые 5 почвы рН8 6,3, а первые можно разделить на 2 группы: кислые с рН8 6,3 и слабокислые и нейтральные с рН„ 6,3. 6 основе такого разделения лежит соотношение двух основных процессов детоксикации пести10 цидов (сорбция и микробиологическая трансформация), интенсивность которых существенно меняется в этих интервалах рН и (Са + Мд).

Учитывая разный вклад этих двух про5 цессов в детоксикацию симазина, был сделан следующий прогноз для времени исчезновения его основного количества в этих группах почв (табл. 2). При этом принимается во внимание сезонность разложения

0 его остатков только в течение вегетационного периода (5-6 месяцев в году), а также пятикратное снижение концентрации в конце первого сезона за счет распределения по всему пахотному слою в результате вспаш5 ки. Таким образом было рассчитано, что в нейтральных, слабокислых и насыщенных обменными Са и Мд посевах исчезновение основной части симазина при исходной дозе 6 кг/га происходит примерно за 2-4, 5-7

0 и 6-12 лет. Таких почв, отнесенных нами к почвам умеренно слабой, слабой и очень слабой самоочищающей способностью по отношению к остаткам симазина, в Московской области соответственно 78-85, 12-20 и

5 2-7%, в зависимости от физико-географической провинции.

Затем осуществляют крупномасштабное картирование исследуемой территории методом компьютерной визуализации (фиг,

0 4 и 5). Покажем это на примере совхоза Большевик Серпуховского района. Вся территория хозяйства покрывается нерегулярной сеткой, в узлах которой находятся точки произведенных замеров параметров

5 рНв и. (Са + Мд). После этого переходят от нерегулярной сетки к регулярной и с помощью известной процедуры (6) производится аппроксимация значений этих параметров в ее узлах. Далее на основании

0 линейной интерполяции и метода изолиний (6) на экране дисплея ЭВМ строятся линии одинакового значения либо одного параметра (например рН для 2,4-Д), либо двухпа- раметрического комплекса (рН и (Са + Мд)

5 для симазина). Затем производится выбор в интерактивном режиме параметров визуализации, соответствующих наибольшей наглядности, и вывод изображения на принтер.

Использование предлагаемого способа определения способности почв к самоочищению от остатков пестицидов позволяет: проводить крупномасштабное картирование территории с ранжированием почв каждого поля по его способности к самоочищению от остатков пестицидов, сократить время определения самоочищающей способности Почв выбранной территории в 10-1000 и более раз в зависимости от ее площади и рельефа местности (табл. 3), повысить информативность полученных картосхем за счет общего подхода для различных пестицидов и типов почв. Формул а и зобретения Способ определения способности почв к самоочищению от остатков пестицидов, включающий определение периода полуисчезновения конкретного пестицида в почве, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени исследований и повышения информативности способа при проведении крупномасштабного картирования заданной территории, предварительно определяют кислотность почвы рН и содержание в ней обменных кальция и магния (Са + +Мд), а определение периода полуисчезновения пестицида LnTso производят по регрессионному уравнению

LnTso а + ЬрН + с(Са + Мд), где а, Ь, с - коэффициенты, зависящие от пестицида и климатических условий, после

чего почвы ранжируют по кислотности и содержанию кальция, и магния, по которым судят о способности почв и самоочищению рт остатков пестицидов.

Таблица

Изобретение относится к области сельского хозяйства и охраны окружающей среды и может быть использовано в практике агрохимслужбы, службе мониторинга и работе научно исследовательских институтов. Целью изобретения является составление крупномасштабных карт сельскохозяйственных регионов с ранжированием почв каждого поля по способности к самоочищению от остатков пестицидов. Для этого период полуисчезновения слабосвязанной части пестицида в почвах, являющийся характеристикой их самоочищающей способности, определяют по регрессионному уравнению:. InTso - « + Ь -рН + с(Са + Мд), где рН - кислотность почв, (Са + Мд) - содержание суммы обменных кальция и магния, а, Ь и с - коэффициенты, зависящие от пестицида и климатических условий. После этого почвы отдельно для каждой климатической зоны ранжируют по рН и содержанию (Са+Мд), соответствующих определенной самоочищающей способности, и проводят картирование территории с помощью компьютерной визуализации.

Ранжирование почв Московской области по способности к самоочищению от остатков 2,4-Д (по 10 кг/га)

Ранжирование почв Московской области по способности к самоочищению от остатков симазина (6 кг/га)

Таблица 2

Хронометраж аналитических операций по определению способности почв к самоочищению от остатков пестицидов и проведению крупномасштабного картирования террито- г рий (для одного пестицида и одной климатической зоны)

Операции

Определение коэффициентов регрессионного уравнения для одной климатической зоны

Определение рН и (Са + Мд) в почвах региона (использование результатов агрохимического обследования.записанных на компакт-дисках) и введение данных в

ЭВМ Определение Т50 разложения пестицида

в почвах региона: а) расчетным способом по регрессионному уравнению на ЭВМ для

100-10000 участков

б) экспериментальным методом, включающим отбор почвенных образцов со всех

участков, инкубирование почв с пестицидом (одновременно до 15 образцов в 3-х повторностях), определение динамики исчезновения слабосвязанного

пестицида

для 100 участков

для 1000 участков

для 10000 участков

Построение крупномасштабных карт

а) методом компьютерной визуализации

б) ручным методом

Всего

)

В зависимости от персистентности пестицида.

Таблица 3

Способы

прототип

предлагаемый

2-6 мес.

1 день

1 день

15-45 мес.

150-450 мес.

1500 - 4500 мес.

1 мес. 16-4500 мес.

2-5 дней 2.5 - 6.5 мес

Ofc n

«cvj0

Ta

rff

150

50cy/n

Фиг. Т

ЮО-&4

/«ни-..

ТЛ

гмг.2 Динамика снижения концентрации экстрагируемого С-симазина в почвах Московской области и способ определения TCQ.

so

f

4S

ч

м

-H

ov

I

Фиг,5 Крупномасштабное картирование части территории с/х Большевик Серпуховского р-на по способности псчв к самоочищению от остатков симазина(б кг/га).