Непомітний «вбивця врожаю»: як залишки пестицидів та їхні метаболіти у ґрунті впливають на продуктивність

Окремим фактором негативного впливу є також часте повернення найбільш рентабельних культур на те саме поле без дотримання сівозміни. Зокрема, це означає регулярне застосування препаратів однієї хімічної групи, що за порушення технології вирощування провокує накопичення в ґрунті діючих речовин і їхніх метаболітів, зазначають в Ukravit Institute.

Накопичення залишків пестицидів в ґрунтах та небезпека від них

За словами Сергія Сальнікова, керівника сервісно-технологічного відділу Ukravit, накопичення пестицидів у ґрунтах обумовлене двома процесами: їх сорбцією тонкодисперсною частиною ґрунту (або гумусом) і розкладанням (детоксикацією). На швидкість розпаду діючих речовин в ґрунті впливають такі основні показники, як  рН ґрунту, кількість опадів, вміст гумусу, температура ґрунту, мікробіологічна активність  та ін. Наприклад, сульфонілсечовини швидше розпадаються в кислих ґрунтах, а в лужних — тривалий час зберігають свою активність. 

Сергій Сальніков, кандидат с.-г. наук, керівник сервісно-технологічного відділу компанії UKRAVIT

Основна шкода від залишкових пестицидів полягає в зменшенні врожайності (15-40%), пригніченні культур, а в окремих випадках — і повній їх загибелі.Із сільськогосподарських культур, що масово вирощуються в Україні, найбільш чутливим до залишків пестицидів є соняшник (до амінопіраліду, ізоксафлютолу, йодосульфурону, клопіраліду, кломазону, мезотріону та ін). Також найбільш чутливими до наявності залишкових кількостей більшості пестицидів та їх метаболітів є буряки цукрові, ячмінь, овочеві культури (особливо салати). За наявності  в ґрунті залишків пестицидів ці культури візуально вирізняються хлорозами, карликовістю та деформаціями.

«В реаліях сьогодення більшість аграріїв звертаються для ідентифікації проблеми та констатації факту фітотоксу, коли на полях вже помітна проблема з рослинами. При проведенні таких досліджень залишкові кількості пестицидів виявляються в 98% випадків, адже інколи проблема може бути фізіологічного характеру», — розповідає Сергій Сальніков.

При цьому, нагадує фахівець, дослідження на вміст залишків пестицидів у ґрунті в багатьох випадках є обов'язковим і регламентуються окремими нормативними актами:

• Згідно із Наказом «Про затвердження порядку ведення агрохімічного паспорта поля, земельної ділянки» № 536 від 11.10.2011, в Україні на законодавчому рівні затверджено обов’язкове агрохімічне дослідження полів раз на 5 років. При визначенні основних агрохімічних показників також визначають залишки пестицидів та радіонуклідів.
• Господарства, що працюють в системі Global G.A.P., проводять щорічне визначення залишків пестицидів для отримання сертифікації.
•  А в ЄС діє Директива про моніторинг ґрунтів (Soil Monitoring Law), прийнята в межах стратегії 2030, за якої моніторинг проводиться регулярно за програмою LUCAS (раз на 3–5 років на загальноєвропейському рівні).

«З проведених нами досліджень випливає, що збільшення кількості та концентрації залишків пестицидів залежить від класу небезпечності препаратів, які вносилися на полях господарства. Використання в Україні діючих речовин, які заборонені у Європейському союзі та низці країн світу, може підвищувати ризики накопичення залишків пестицидів у ґрунтах сільськогосподарських земель. Так само накопичення залишків пестицидів у ґрунтах може негативно впливати на ріст і розвиток сільськогосподарських культур та живі організми ґрунту», — пояснив Сергій Сальніков.

Дослідження діючих речовин та їх метаболітів

В першу чергу досліджуються діючі речовини тих препаратів, що застосовувалися на полі в минулі роки. Якщо ця інформація відсутня, проводять скринінг (пошук діючих речовин та їх ідентифікацію згідно з «бібліотекою пестицидів» Ukravit Institute, яка сьогодні налічує 720 діючих речовин).

«Постійне розширення бібліотеки діючих речовин і спектра пестицидів, які ми можемо визначати в зразках, вже виділено нами в окремий напрям роботи. Але ключовий фокус сьогодні — дослідження метаболітів пестицидів. Ми все частіше стикаємося із ситуацією, коли діюча речовина в ґрунті вже не визначається, але її похідні впливають на наступну культуру. У стресових погодних умовах процес розкладання трансформується: утворюються метаболіти, які можуть давати складні похідні сполуки або зберігати біологічну активність. І саме вони іноді спричиняють фітотоксичність», — розповів фахівець.

На відміну від прямого опіку гербіцидом, метаболіти діють дещо інакше, спричиняючи хронічний стрес культур:

• По-перше, вони можуть зв’язуватися з тими ж активними центрами ферментів рослин, що й вихідна діюча речовина, і блокувати їх.
• По-друге — спричиняти порушення у культур транспірації: рослина витрачає енергію на детоксикацію залишків, замість того щоб формувати врожай. За несприятливих погодних, стресових умов рослина сильно пригнічується або й взагалі гине.
•  По-третє, метаболіти різних діючих речовин можуть проявляти синергію і примножувати шкоду для рослин. До прикладу, метаболіти від кукурудзяного гербіциду та фунгіциду можуть підсилювати дію один одного, створюючи ефект, який неможливо спрогнозувати.

Читати по темі: Де зробити аналіз ґрунту: список агролабораторій

Одна діюча речовина може мати 5-10 основних метаболітів, не кажучи вже про вторинні сполуки, які складно ідентифікувати. Саме тому Ukravit Institute розширює дослідження у двох напрямах:

• у контрольованих біологічних умовах перевіряється, як ґрунти із залишками метаболітів впливають на різні культури;
• разом із міжнародними партнерами йде робота над пошуком хімічних маркерів, які дозволять коректно ідентифікувати ці сполуки.

«Це тривала наукова робота. Зараз особливу увагу приділяємо таким поширеним діючим речовинам, як мезотріон та інші гербіциди, що в умовах спеки й стресу можуть давати складні продукти розкладання. Згідно з науковими даними ЄС, період напіврозпаду мезотріону (ДТ50) в ґрунті у польових умовах становить до 44 днів, тоді його як ДТ90 (період розпаду діючої речовини на 90%) може становити до 80 днів; у рослині напіврозпад фіксується вже після 5-го дня. Після внесення мезотріону в ґрунт мікробіота починає його трансформацію, відбувається розпад на ряд метаболітів,  головним продуктом з яких є MNBA (4-метилсульфоніл 2-нітробензойна кислота). Саме вона і несе небезпеку для подальших культур. На відміну від материнської молекули, MNBA вважається нефітотоксичною для більшості культур. Вона не блокує фермент HPPD так ефективно, як власне мезотріон, однак є значно стабільнішою у ґрунті — як зазначається в наукових джерелах, понад 120 днів. Якщо ж розпад не завершився (через посуху або низький pH), наступна культура демонструє специфічні ознаки ураження, навіть через понад рік», — розповів Сергій Сальніков.

Міграція в рослини та на інші поля: ще одна небезпека залишків пестицидів

Міграція пестицидів із ґрунту в рослину відбувається в процесі поглинання ґрунтової вологи,в якій містяться, зокрема, і розчини залишків пестицидів. В переважній більшості на перших етапах росту та розвитку рослини активно поглинають із ґрунту все, що знаходиться там у легкодоступній формі та не зв’язано із ґрунтово-вбирним комплексом. Доступність діючих речовин для рослин залежить від певних параметрів, а саме — агрохімічних і біологічних показників ґрунту (рН ґрунту, вмісту глини, вмісту гумусу, мікробіологічної активності та ін.) та фізико-хімічних показників самої діючої речовини (коефіцієнт сорбції, константа дисоціації, розчинність у воді та ін.).

Окрім того, пестициди можуть розповсюджуватися і на ті поля, які пройшли перепрофілювання на органічне виробництво. Це випливає з результатів дослідження, що його провели вчені з відділу екологічних наук і технологій Американського хімічного товариства (ACS).

Дослідники виміряли характеристики поверхні ґрунту і концентрацію 46 регулярно використовуваних інсектицидів, продуктів їх розкладу в пробах з кожного поля. Експерти виявили залишки пестицидів на всіх об’єктах, в тому числі і на територіях господарств, які пройшли перепрофілювання на органічне виробництво багато років тому.

Загальна кількість синтетичних хімікатів і їх концентрація на органічних полях була нижчою, ніж на «класичних», втім, на відносно чистих територіях в поверхневому шарі ґрунту вчені виявили декілька гербіцидів і один фунгіцид.

В ході дослідження експерти встановили, що залишкова кількість отрутохімікатів може фіксуватися на екополях через їх повітряно-крапельне перенесення з оброблених територій на вільні від пестицидів.

Пестициди можуть мігрувати декількома шляхами:

• Перенесення частинок пестицидів з повітряними масами під час обприскування сільськогосподарських культур.
• Перенесення пестицидів з частинками ґрунту, на який був нанесений пестицид (особливо актуально для ґрунтових гербіцидів) під час суховіїв, злив та ін. Зі збільшенням температури, зменшенням вологості ґрунту і при низькому вмісті глин чи органіки летючість препаратів зростає.
• Пестициди добре розчиняються, тому їх міграція можлива з поверхневими та підґрунтовими водами. Відмічалися випадки, коли при обприскуванні або поливі у воді були виявлені залишки пестицидів, що при постійному накопиченні можуть призвести до пригнічення рослин та інших неприємностей.

«Найчастіше в практиці зустрічається знос кломазону, адже навіть після застосування він може випаровуватися з поверхні ґрунту упродовж декількох днів і з потоками повітря переміщатися на сусідні поля, інколи долаючи сотні метрів», — зауважив Сергій Сальніков.

Зважаючи на всі зазначені фактори ризику, фахівці Ukravit Institute  рекомендують дотримуватись сівозміни, уникати порушень технологій вирощування, а також контролювати наявність у ґрунті небезпечних залишків лабораторним шляхом. Знаючи період залишкової дії пестицидів або визначивши їх наявність в лабораторних умовах, сівозміну планують з використанням культур, що є толерантними до конкретних діючих речовин.

Олена Басанець, SuperAgronom.com