Способ определения способности почв к самоочищению от остатков пестицидов

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з 6 01 и 33/24

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 5005241/15 (22) 13.08.91 (46) 23.08.93. Бюл. M. 31 (71) Институт прочвоведения и фотосинтеза

АН .СССР (72} Г.К.Васильева, В.Н.Башкин, С.M.Õîìóтов, M.Я.Козлов и Д.Б.Орлинский (73) Институт почвоведения и фотосинтеза

АН СССР (56) Спиридонов Ю.А. и др. Разложение тербацила в почве, ж. Агрохимия, 1989, ЬЬ 7» с.

91-95. (54} СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СПОСОБНОСТИ ПОЧВ К САМООЧИЩЕНИЮ ОТ ОСТАТКОВ ПЕСТИЦИДОВ (57) 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

Предлагаемое изобретение относится к области сельскохозяйственного производства и охраны окружающей среды и может быть использовано в практике агрохимслужбы, службе мониторинга и работе научноо-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 задан„„Я „„ 1836636 АЗ крупномасштабных карт сельскохозяйственных регионов с ранжированием почв каждого поля по способности к самоочищению от остатков пестицидов. Для этого пе. риод полуисчезновения слабосвязанной части пестицида в почвах, являющийся характеристикой их самоочищающей способности, определяют по регрессионному уравнению:!

ЛТво- а+Ь рН+с(Са+Mg), где рн =кислотность почв,(Са+ Mg) — 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+ Mg), соответствующих определенной самоочищающей способности, и проводят картирование территории с помощью компьютерной визуализации. ной территории одновременно определяют кислотность (рН) почв и содержание суммы обменных кальция и магния (Са+ Mg), затем определяют период полуисчеэновения пестицидов в этих почвах по регрессионному уравнению .

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

1836636 проводят с помощью компьютерной визуализации.

Только совокупность предложенных .признаков позволяет достичь цели изобретения.

Кислотность почв и содержание обменных Са и Mg являются одними из основных почвенно-агрохимических характеристик, поэтому при проведении крупномасштабного картировайия для,большинства сельскохозяйственных регионов страны . используются уже имеющиеся банки данных по агрохимическим свойствам почв.

Кроме того, пользуются данными гидрометслужбы о гидротермическом режиме посев данного региона (среднемноголетняя среднесуточная температура и влажность почв пахотного. слоя в летние месяцы). Установно, что полученная зависимость Тщ разложения пестицида в почве от ее рН и уровня (Са+ Mg) 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 карти: рования достаточно определить параметры предложенного уравнения для одного-двух представителей основных классов используемых пестицидов, после чего их можно испольэовать 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 Тзо 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: дерновоподэолистая, серая лесная, лугово-аллювиальная пойменная, выщелаченный чернозем. Отобранные образцы максимальМо различались по свойствами. В качестве пестицидов испытывались представители двух основных классов, наиболее широко используемых в растениеводстве: 2,4-Д и симэзин. Эти пестициды резко отличаются друг от друга по растворимости и персистентности в почве.

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

4 меченный по алкильной группе C-симазин . (смачивающийся порошок) в дозе 5 мг/кг по действующему веществу. Эти концентрации соответствуют максимально рекомендуемым в практике дозам пестицидов (10 и 6

10 кг!гэ). Затем почвы инкубируют в колбах, снабженных насадками для продувания

cna0oro тока воздуха и улавливания выделя. ющегося СО2. Инкубирование проводят в . термостате при температуре 19 и влажно15 сти почвы 65$ полной ваагоемкости (близкие к среднемноголетним среднесуточным данным в летние месяцы), Эксперименты продолжаются до полного исчезновения пестицидов, но не более периода вегетации

20 (2-6 месяцев), За динамикой исчезновения 2,4- следят с помощью динамики выделения СО2..

Для этого гербицида она полностью соответствует динамике его. разложения. Про25 цесс исчезновения 2,4-Д заканчивается за время наблюдения практически полностью, . поэтому за период его полуисчеэновения принимают время в точке перегиба полученной S-образной кривой динамики выделе30 ния 14СОт(фиг. 1), Скорость детоксикации симаэина оценивают по динамике исчезновения его экстрагируемых остатков (Sg). Из-за ShlcoKoA персистентности симазина за время наблю35 дения редко удается получить полную S-образную кривую. Для определения периода полуисчеэновения экстрагируемой части препарата находят количество прочносвязанного симазина в каждой почве (Sce) no

40 методике (5), а за Тво симазина принимают время достижения половинной концентрации оставшегося экстрагируемого симэзи100- зсв на, равной " (фиг. 2). Период исчез2

45 новения основной части препарата рассчитывают по общепринятой формуле T9s-4,3 Tw.

Полученные результаты обрабатывают на ЭВМ. Для каждого пестицида находят

50 коэффициенты регрессионного уравнения вида:

Los = а + b р Н + с(Са + Mg).

Получены следующие регрессионные уравнения:

Для 2,4-Д: (про = 6,2 — 0,7рНв, 1836636 где: рН вЂ” рН водной вытяжки(R = 0,65, Р =

=0,0001, коэффициент вариации К8 = «+21$).

Для симазина

LnТво = 8,5 —, 0,7р Н + 0,07(Ca + Mg) (R = 0,60, P = 0,003, Кв = «+ 7 fn).

Как видно из уравнений, для 2,4-Д коэффициент при переменной (Са — — Mg)c = О, т.е, содержание суммы обменных Са и Mg не вносит заметного вклада в скорость его детоксикации. В то же время для разложения симазина эта величина имеет существенное значение. Это связано с разной персистентностью 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 hAg..

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 Too: 5; 5 — 20 и

20 сут. По регрессионному уравнению для

2,4-Д находят соответствующие интервалы рН8 (табл. 1). При ранжировании по этому принципу установлено, что большинство, исследуемых почв (70-80 ) имеет рНв > 5,8 и обладает высокой способностью разлагать гербицид. От 10 до 26 почв в зависимости от физико-географической провинции имеет pHe oT 5,0 до 5,8 и среднюю способность к самоочищению. Лишь в небольшой части почв (2-12 g,) 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 ло 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 IVlg, с содержанием их суммы соответственно ниже и выше 19,5 мг-экс/100 н. Причем среди последних практически отсутствуют кислые

5 почвы pH> < 6,3. а первые можно разделить на 2 группы: кислые с рН8 6,3 и слабокислые и нейтральные с рН > 6,3. B основе такого разделения лежит соотношение двух основных процессов детоксикации лести10 цидов (сорбция и микробиологическая трансформация). интенсивность которых существенно меняется в этих интервалах рН и (Са + Mg).

Учитывая разный вклад этих двух про15 цессов в детоксикацию симаэина, был сделан следующий прогноз для времени исчезновения его основного количества в этих группах почв (табл, 2). При этом принимается во внимание сезонность разложения

20 его остатков только в течение вегетационного периода (5 — 6 месяцев в году), а также пятикратное снижение концентрации в конце первого сезона за счет расп ределения ло всему пахотному слою в результате вспаш25 ки. Таким образом было рассчитано, что в нейтральных, слабокислых и насыщенных обменными Са и Mg посевах исчезновение основной части симазина при исходной дозе 6 кг/ra происходит примерно за 2-4, 5-7

30 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

35 2 — 7, в зависимости от физико-географической провинции.

Затем осуществляют крупномасштабное картирование исследуемой территории методом компьютерной визуализации (фиг, 40 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

45 рНа и (Са + Mg). 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

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

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

1836636

Таблица 1

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

Ранжирование почв Московской области пб способности к самоочищению от остатков симазина (6 кгlге) Использование предлагаемого способа определения способности почв к самоочищению от остатков пестицидов позволяет: проводить крупномасштабное картирование территории с ранжированием почв каж- 5 дого поля по его способности к самоочищению от остатков пестицидов, сократить время определения самоочищающей способности йочв выбранной территории в 10-1000 и более раз в зависи- 10 мости от ее площади и рельефа местности (табл. 3), повысить информативность полученных картосхем за счет общего подхода для различных пестицидов и типов почв..

Формула изобретения 15

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+

+Mg), а определение периода полуисчезновения пестицида LnTm производят по регрессионному уравнению

ЫТ50 = а + Ьр Н + с(Са + Mg), 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 от остатков пестицидов.

1836636

Таблица 3

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

Способы и е лагаемый и ототип

2 — 6 мес, *) 1 день

3ВМ

1 день для 100 участков для 1000 участков для 10000 участков

2 — 5 дней

1 мес.

16 — 4500 мес.

Всего

2,5 — 6.5 мес

* В зависимости от персистентности пестицида.

Операции

Определение коэффициентов регрессионного уравнения для одной климатической зоны

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

Определение Т50 разложения пестицида в почвах региона: а) расчетным способом по регрессионному уравнению на 3ВМ 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

Построение крупномасштабных карт а) методом компьютерной визуализации б) ручным методом

15 — 45 мес.

150 — 450 мес.

1500 — 4500 мес.

1836636 ф

СЬ

Й З Я рюаиюгкр х н о

65 к

Ю о о

Ы о

Ф о

3С о

Ю

«Е

6$

l4

Р о

И

3З ф

C)

Яч

МЪ и к

О

Ф:

Ф Ъе о О

Ю о о

И о

1836636 о и о

06

Ф ъ

Ч1 х и

Щ

Ое

Е» о .е х х

У

e$ ое

& ж

Ф

"т

И

Ю

Ь4 м

Ф

М х х о

1836636

1836636 очень слабая слабея

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

Составитель В.Кудеяров

Техред М. Моргентал . Корректор H.Mèëþêîâà

Редактор Т,Куркова

Заказ 3018 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рауеская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101