Агрохимия, 2022, № 4, стр. 30-35

ВВЕДЕНИЕ

В предыдущей работе был предложен подход к детоксикации почв, загрязненных остатками гербицидов ряда сульфонилмочевин, основанный на предпосевном внесении в почву невысоких доз природного цеолита [1]. При этом показано, что 3-недельная экспозиция природного цеолита марки ЦПС в почве перед посевом позволяет существенно снизить фитотоксическое действие метсульфурон-метила. Было высказано предположение, что в процессе экспозиции постепенно образуются агрегаты с гуминовыми соединениями, которые способствуют детоксикации гербицидов. Исходя из этого, цель работы – исследование детоксикационных свойств цеолита при увеличении времени экспозиции цеолита в почве, а также комплексов цеолита ЦПС с гуматами и изучение их биологического эффекта.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

В работе использован природный цеолит марки ЦПС (поставшик компания “Алсис”, Екатеринбург), содержащий клиноптилолит в сырье не менее 65–70%. Органо-минеральные комплексы цеолита с гуматами получали для проверки их способности детоксицировать остатки гербицидов сульфонилмочевинового ряда.

В соответствии с первой методикой получен органо-минеральный комплекс ЦПС-ГУМ-1 в результате обработки природного цеолита ЦПС в кальциевой форме раствором гумата натрия по методике, подобной способу модификации туфа, описанному в работе [2]. При этом для получения цеолита в кальциевой форме 120 г природного цеолита марки ЦПС помещали в коническую колбу вместе с 350 мл 2 М раствора хлорида кальция и перемешивали суспензию в течение 1 ч на горизонтальном шейкере. Затем суспензию выдерживали в течение 30 сут при комнатной температуре, периодически перемешивая содержание колбы. После этого жидкость сливали с осадка и добавляли к нему свежеприготовленный раствор хлорида кальция (350 мл воды, 150 г CaC1₂). Перемешивали на шейкере в течение 1 ч. Процесс перемешивания повторяли, выдерживая суспензию в течение 3-х сут. После этого сливали жидкость и 3-й раз вводили свежеприготовленный раствор хлорида кальция. На следующий день жидкость сливали и промывали осадок водой – 4 раза по 500 мл. Полученный цеолит в кальциевой форме (ЦПС-Ca-1) отделяли от воды на металлической сетке и подсушивали при 38–40°С в течение 3-х сут.

В 1 л деионизированной воды растворяли 1.2 г трис-(гидроксиметил)аминометана (ТРИС), 0.09 г этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА), 0.44 мл уксусной кислоты. В 500 мл этого раствора растворяли 2 г гумата натрия (“Acros Organics”, Humic acid, sodium salt, 45–70%, technical, CAS 68131-04-4), обрабатывая смесь ультразвуком в течение 30 мин и при перемешивании в течение 10 мин. На следующий день в раствор вводили 30 г ЦПС-Са-1. Смесь периодически перемешивали, выдерживая в течение 23 сут. Раствор отделяли от зерен цеолита на металлической сетке. Цеолит промывали на сетке небольшим количеством воды (300 мл) и сушили при 50°С в течение 1 сут. Получали 30 г комплекса ЦПС-ГУМ-1.

Другой образец цеолита (ЦПС-ГУМ-2) получен обработкой природного цеолита ЦПС раствором гумата натрия по методике, подобной способу модификации монтмориллонита, описанному в работе [3]. В двух конических колбах растворяли по 8.5 г нитрата натрия в 1 л деионизированной воды и в растворы вводили по 0.25 г гумата натрия (“Acros Organics”, содержание гуминовой кислоты 45–70%). На следующий день в растворы вводили по 10 г природного цеолита ЦПС, предварительно промытого водой на сетке от мелких частиц. Смесь выдерживали 3 сут, рН растворов 7.6. Удаляли из каждой колбы по 700 мл раствора и перемешивали в течение 6 ч. На следующий день отделяли растворы от зерен цеолита (порции цеолита не сушили), объединяли с оставшимся раствором гумата натрия и, постепенно добавляя микродозами азотную кислоту (всего 0.07 мл), доводили pH раствора до 6.4. Отбирали по 400 мл этого раствора и переносили в колбы с порциями цеолита. Суспензии перемешивали 18 ч, а затем порции цеолита отделяли от раствора, споласкивали водой порциями по 50 мл и сушили при 50°С в течение 1 сут. Получали 20 г комплекса цеолит–гумат (ЦПС-ГУМ-2).

Биологические испытания проводили на растениях ярового рапса сорта Ратник в условиях лаборатории искусственного климата (ЛИК) фирмы “Фетч” (ФРГ) во Всероссийском научно-исследовательском институте фитопатологии (ВНИИФ). В качестве источника метсульфурон-метила использовали коммерческий гербицид Зингер, СП (Щелково Агрохим), который содержит 600 мг метсульфурон-метила/г д.в. Выращивание тест-растений осуществляли в контролируемых условиях ЛИК: влажность воздуха в камере 70%, длительность дня – 16 ч, ночи – 8 ч, освещенность днем – 20 тыс. лк, температура воздуха днем – 25°C, ночью – 16°С; влажность почвы поддерживали на уровне 60% ПВ путем ежедневного полива каждого вегетационного сосуда водопроводной обессоленной водой.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Изученная нами ранее [1] способность природного цеолита ЦПС частично снимать фитотоксическое действие метсульфурон-метила на растения ярового рапса при внесении ЦПС в загрязненную почву за 3 нед до посева стимулировала наш интерес к увеличению времени его экспозиции перед посевом. В настоящей работе увеличили экспозицию ЦПС до 6 нед. При этом в соответствии с традиционной методикой дерново-подзолистую почву обрабатывали гербицидом Зингер, СП в дозе 0.4 г/га с помощью лабораторного опрыскивателя. Затем через 1 сут в обработанную гербицидом почву вносили цеолит. Через 6 нед после внесения цеолита почву распределяли в вазоны емкостью 3 кг и проводили посев тест-растений рапса. Повторность опыта пятикратная. Через 26 сут надземную массу и массу корней тест-растений взвешивали. Результаты эксперимента представлены в табл. 1.

Показано, что 6-недельная предпосевная экспозиция почвы с цеолитом приводила не только к полной нейтрализации фитотоксического действия гербицида, которое составляло 26.4% (надземная часть растений) и 31.7% (масса корней) угнетения, но и к мощной стимуляции роста растений рапса по сравнению с контролем (без гербицида и цеолита), выраженная в увеличении массы их надземной части от 6.6 (доза цеолита 250 кг/га) до 50.0% (доза цеолита 100 кг/га) и массы корней от 14.6 (доза цеолита 100 кг/га) до 43.9% (доза цеолита 250 кг/га).

Для наглядности на рис. 1 представлена диаграмма влияния цеолита в почве на массу растений рапса в присутствии гербицида и без него. Диаграмма показала, что 6-недельная экспозиция почвы с цеолитом в дозах 100 и 250 кг/га позволила полностью преодолеть угнетающее действие гербицида на надземную часть и корневую систему растений. При этом более эффективной была доза цеолита 100 кг/га, при которой происходило увеличение массы надземной части растений примерно в 2 раза. Более того, в случае растений, которые были выращены на чистой (не загрязненной гербицидами) почве, предпосевная экспозиция почвы с цеолитом приводила к увеличению надземной части растений на 67.9% (доза 100 кг/га) и на 43.4% (доза 250 кг/га), т.е. отмечено мощное ростстимулирующее действие.

Рис. 1.

Диаграмма влияния цеолита на массу растений рапса в присутствии гербицида и без него (после 6-недельной экспозиции перед посевом).

Таким образом, 6-недельная предпосевная экспозиция цеолита перед посевом была эффективным способом нейтрализации токсического действия остатков широко применяемых гербицидов сульфонилмочевинового ряда в почвах, которая сочеталась со значительной стимуляцией роста и развития культурных растений. Эффективное использование цеолитов в чрезвычайно низких дозах (100 кг/га) создает реальную перспективу применения представленного метода детоксикации почв в сельском хозяйстве.

Оценку способности полученных агрегатов цеолита с гуминовой кислогтой ЦПС-ГУМ-1 и ЦПС-ГУМ-2 детоксицировать остатки сульфонилмочевин в почве в сравнении с исходным цеолитом ЦПС осуществляли на яровом рапсе в лаборатории искусственного климата (ЛИК). Дерново-подзолистую почву обрабатывали с помощью лабораторного опрыскивателя гербицидом Зингер, СП (содержит в качестве действующего вещества 60% метсульфурон-метила) в дозе 0.4 г/га. Затем через одни сутки в обработанную гербицидом почву вносили комплексные соединения ЦПС-ГУМ-1, ЦПС-ГУМ-2 в дозах 50 или 100 кг/га, или исходный цеолит в тех же дозах. В качестве контроля использовали чистую почву или почву с внесенным в нее гербицидом (табл. 2). Почву распределяли в вазоны вместимостью 600 г и проводили посев тест-растений рапса. Повторность опыта пятикратная.

Учет проводили взвешиванием надземной части тест-растений через 28 сут после посева. Оказалось, что образец ЦПС-ГУМ-2 существенно превосходил по своей детоксицирующей активности образец ЦПС-ГУМ-1. Показано, что внесение в почву перед посевом органо-минерального комплекса ЦПС-ГУМ-2 в дозах 50 и 100 кг/га приводило не только к полной нейтрализации фитотоксического действия гербицида, которое составило 32.7%, но и к стимуляции роста растений (до 20% по массе по сравнению с безгербицидным контролем). Исходный цеолит ЦПС был способен несколько снижать фитотоксическое действие гербицида, при этом обладая некоторой собственной фитотоксичностью. Суммарный эффект внесения ЦПС перед посевом в загрязненную гербицидом почву значительно уступал эффекту комплекса ЦПС-ГУМ-2.

Для наглядности на рис. 2 представлена диаграмма влияния цеолита в почве на массу растений рапса в присутствии гербицида и без него. Представленная диаграмма показала мощный эффект ЦПС-ГУМ-2 и его преимущество перед исходным цеолитом ЦПС. Низкие эффективные дозы органо-минерального комплекса ЦПС-ГУМ-2 создают реальные перспективы его практического применения. Существенным преимуществом ЦПС-ГУМ-2 перед другими препаратами, например, активированным углем, является то, что в его состав входят только естественные компоненты почвы. Это обеспечивает абсолютную экологическую безопасность его применения, а также дешевизну и неограниченность сырьевой базы.

Рис. 2.

Диаграмма влияния препаратов ЦПС-ГУМ-2 и ЦПС на массу растений рапса в присутствии гербицида и без него.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Предложен эффективный метод защиты ярового рапса от остатков метсульфурон-метила в почве с использованием природного цеолита марки ЦПС и органо-минерального комплекса на основе природного цеолита и гуминовых соединений. Дальнейшие исследования должны расширить границы применения этих методов и создать убедительную картину физико-химических процессов, лежащих в основе обнаруженных защитных эффектов. Данные, полученные в этой работе, как минимум, не противоречат первоначально высказанному предположению о ведущей роли образования комплексов цеолитов с гуминовыми веществами, т.е. процессов, лежащих в основе почвообразования.