JERZY SADOWSKI, MARIUSZ KUCHARSKI, KRZYSZTOF DOMARADZKI
WPŁYW WILGOTNOŚCI GLEBY NA PRZEMIESZCZANIE
HERBICYDÓW POCHODNYCH FENOKSYKWASÓW
INFLUENCE OF SOIL HUMIDITY
ON TRANSLOCATION OF PHENOXY-ACID HERBICIDES
Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa - Państwowy Instytut Badawczy Zakład Herbologii i Technik Uprawy Roli we Wrocławiu
A b s tr a c t: T he aim o f th e stu d y w as to determ ine the influence o f soil tex tu re and hu m id ity on the leaching
an d d istrib u tio n o f p h en o x y -ac id h erb icid es in soil. M odel testin g w as carried o u t in colum ns filled w ith soil. Soil surface (w ith d iffere n t hu m id ity level) w as spread by h erb ic id e and n ex t w ater w as ad d ed w ith co n stan t speed o f 0.2 m l-m in"1. 20 ml o f the leak w ater w as collected and residue level o f the h erbicide w as d eterm in ed u sin g gas ch ro m ato g rap h y w ith the EC detectio n m ethod. N ext, the co lu m n w as cu t lo n g itu d in ally and a soil testin g p lan ts (w hite m u stard ) w as sow n in th e soil. A fter 2 w eeks the p h y to to x ic effect on the plants w as reco rd ed and evalu ated .T h c soil texture and h u m id ity stro n g ly influenced the leaching and distrib u tio n o f herb icid cs in soil.
S ło w a klu c zo w e : herbicydy, po z o stało ści, w ilg o tn o ść, p rzem ieszczan ie, w ym yw anie. K e y w o r d s : h erbicide, residue, hum idity, tran slo c atio n , leaching.
WSTĘP
Właściwości sorpcyjne gleby powodują, że jedynie część herbicydu zawartego w glebie jest dostępna dla roślin. Ten czynnik, jak również wpływ warunków meteorolo gicznych, a w szczególności wielkość i rozkład w czasie opadów, decydują o stopniu i tempie przemieszczania herbicydu w profilu glebowym, a tym samym umiejscowienia substancji aktywnej względem systemu korzeniowego i jej dostępności dla roślin. Szybkość rozkładu i transport pozostałości substancji aktywnych herbicydów decyduje o ich fitotoksyczności i zachowaniu się w środowisku glebowym.
Celem badań była ocena wpływu rodzaju gleby i jej wilgotności na wymywanie i przemieszczanie herbicydów z grupy fenoksykwasów w glebie.
MATERIAL I METODYKA
Glebę do badań pobierano z warstwy powierzchniowej do głębokości 25 cm. W glebie oznaczano pH (w KC1), zawartość węgla organicznego, składników pokarmowych (N, P, K) metodami obowiązującymi w okręgowych stacjach chemiczno-rolniczych oraz
Wpływ wilgotności na przemieszczanie herbicydów w glebie 137
TABELA 1. C harakterystyka gleb zastosow anych w dośw iadczeniu TABLE 1. C haracteristic o f soils used in experiment
:Gleba pH Corg. m g-100 g_1 gleby - o f soil Soil w - in K C l % ;p K--- ---1N ...
I 5,4 |i 1,33 |l 2,3 15,5 8,7
II 5,5 ; 1,70 10,3 26,0 10,8
% frakcji granulo m etrycznych o śred. [mm] - % o f particle size with dia [mm] 1,0-0,5 0 ,5 -0 ,2 5 0 ,2 5 -0 ,1 0 0 ,1 0 -0 ,0 5 0 ,0 5 -0 .0 2 0 ,0 2 -0 ,0 0 6 < 0,0 0 6
I 28,0 30,0 120,0 4,0 3,0 5,0 10,0
II 3,0 4,0 1 9,0 8,0 28,0 22,0 26,0
określano skład granulometryczny (tab. 1). Glebę przesiewano w celu usunięcia kamieni oraz resztek roślinnych, suszono do stanu powietrznie suchego, a następnie do odważonej porcji gleby dodawano odpowiednią ilość wody w celu uzyskania zakładanej wilgotności (2, 4, 6, 8, 10, 12, 30% wag. w stosunku do gleby powietrznie suchej, co w przybliżeniu odpowiada 10-30% maksymalnej pojemności wodnej danej gleby).
Badania przemieszczania herbicydu w profilu glebowym prowadzono w kolumnach o wymiarach: 0= 20 mm, h= 200 mm. Kolumny napełniano glebą do wysokości 15 cm. Na powierzchnię gleby w kolumnie nanoszono roztwór herbicydu, a następnie przepuszczano przez nią 80 ml wody ze stałą prędkością 0,2 ml-min-1 (co odpowiada 150 mm opadu atmosferycznego). Zbierano 20 ml przesączu, w którym oznaczano ilość wymytej substancji aktywnej. Herbicydy stosowano w formie preparatów handlowych. Na kolumny nanoszono herbicydy w ilości odpowiadającej maksymalnej dawce stosowanej w praktyce (tab. 2). Do oznaczeń zawartości substancji aktywnych w przesączu stosowano metodę opartą na technice chromatografii gazowej [PN-R-04111]. Profil glebowy wyjmowano z kolumny, rozcinano wzdłuż na dwie części i umieszczano w korytkach plastikowych. Na powierzchnię gleby wysiewano, jako roślinę wskaźnikową, gorczycę białą (iSinapis alba)
T A B E L A 2. H e rb ic y d y z a s to s o w a n e w d o św ia d c z e n iu T A B L E. 2. H e rb ic id e s u se d in e x p e rim e n t H e rb icy d H e rb icid e S u b s ta n c ja ak ty w n a (s .a .) A ctiv e s u b s ta n c e (a .s.) Z a w a rto ś ć s.a. D a w k a h e rb ic y d u C o n te n t o f a .s. H e rb icid e d o s e [g/1] [1/ha] A m inopielik S ta n d a rd 6 0 0 SL C h w a s to x E x tra 3 0 0 SL D u p lo sa n D P 6 0 0 SL 2 ,4 -D M C PA d ic h lo rp ro p -P 6 0 0 1 ,5 3 0 0 13,5 6 0 0 2 ,5
i po dwóch tygodniach obserwowano, w której części profilu w ystępują objawy fitotoksycznego działania herbicydu. Przez cały czas trwania biotestu utrzymywano wilgotność gleby na niezmienionym poziomie. Testy prowadzono w trzech powtórzeniach dla każdego herbicydu i początkowej wilgotności gleby.
R Y S U N E K 1. W p ły w p o czą tko w e j w ilg o tn o ś c i g le b y na w y m y w a n ie h e rb icy d u w p ro filu g le b o w ym F IG U R Ę 1. In flu en ce o f in itia l s o il h u m id ity on h e rb icid e leaching
WYNIKI I DYSKUSJA
Na rysunku 1 przedstawiono wykres zależności stopnia wymycia substancji aktywnej od wilgotności gleby w momencie aplikacji herbicydu. Stopień wymywania pochodnych kwasów fenoksyalkanokarboksylowych wraz ze wzrostem początkowej wilgotności gleby wzrastał, a na wykresie widoczne są wyraźne maksima. Po przekroczeniu pewnego poziomu wilgotności (zwykle w przedziale 2-5% ) odsetek wymytej substancji aktywnej ulegał zmniejszeniu. Na glebie o wyższej zawartości substancji organicznych i przewadze drobniejszych frakcji granulometrycznych (gleba II) maksymalny stopień wymywania pochodnych kwasów fenoksyalkanokarboksylowych wynosił odpowiednio: 2,4-D 55,4%, MCPA 51,1%, dichlorpropu-P 60,2%. Na glebie uboższej w materię organiczną i przewadze grubszych frakcji granulom etrycznych (gleba I) maksymalny odsetek wymytych substancji aktywnych herbicydów był wyraźnie większy i osiągnął: 2,4-D 69,5%, MCPA 58,4%, dichlorpropu-P 84,2%. Podobnie jak na glebie II, wraz ze wzrostem wilgotności gleby stopień wymycia herbicydów wzrastał, osiągając maksimum dla wilgotności w przedziale 3-5%. Dalszy wzrost początkowej wilgotności gleby nie powodował wzrostu stopnia wymycia herbicydów.
Przyjmując chromatograficzny model do analizy procesu elucji można przypuszczać, że dla substancji aktywnych z grup pochodnych fenoksykwasów do pewnej krytycznej wilgotności gleby (dla tych substancji był to przedział 2-5%) profil glebowy zachowuje się jak normalna faza stała w kolumnie chromatograficznej. Po przekroczeniu poziomu wilgotności krytycznej gleba zaczyna mieć charakter fazy stałej odwróconej. Wyjaśnienia tego zjawiska należy poszukiwać w zmianach własności sorpcyjnych gleby zachodzących wraz ze zmianami wilgotności, a tym samym zmian wielkości współczynnika podziału substancji aktywnej pomiędzy fazę stałą i wodę. Dla gleb o niskiej zawartości próchnicy i przewadze grubych frakcji granulometrycznych wpływ zmian wilgotności jest silniejszy w porównaniu z glebami
Wpływ wilgotności na przemieszczanie herbicydów
w
glebie 139RYSUNEK 2. Rozmieszczenie pozostałości herbicydów w profilu glebowym FIGURE 2. Distribution of herbicid residues in soil profile
o lepszych właściwościach sorpcyjnych. Znaczący wpływ kompleksu sorpcyjnego gleby na mobilność substancji aktywnych agrochemikaliów opisują również inni autorzy [Cox i in. 1996; Garcia, Tadeo 1999; Prakash, Devis 1998; Li i in. 2003; Boivin i in. 2005].
Analiza wyników dotyczących stopnia wymywania substancji aktywnych wskazuje, że w profilu glebowym pozostaje znaczna część tych związków. Wykonano badania mające na celu określenie rozmieszczenia w glebie pozostałości herbicydów. Do badań zastoso wano biotesty. Na rysunku 2 przedstawiono obraz rozmieszczenia fitotoksycznych pozostałości w profilu glebowym. Zmiany początkowej wilgotności gleby determinowały rozmieszczenie substancji aktywnych. Herbicydy naniesione na glebę powietrznie suchą uległy zatrzymaniu głównie w powierzchniowych warstwach profilu (do głębokości 10- 12 cm). Zaobserwowano różny stopień rozmycia w głąb gleby dla różnych substancji. Wzrost wilgotności gleby powodował wyraźne zwężenie pasma pozostałości i jego przesunięcie w głąb. W przypadku nanoszenia herbicydów na glebę o wilgotności równej 100% pojemności wodnej zaobserwowano silne rozmycie pasma herbicydu. 2,4-D rozprzestrzenił się praktycznie na cały badany profil glebowy. Pasma MCPA i dichlor- propu-P rozmyte w znacznym stopniu umiejscowione były również w dolnych warstwach. Opisany wariant wilgotności jest wprawdzie czysto teoretyczny z punktu widzenia praktyki rolniczej (przy takiej wilgotności gleby nie można wjechać na pole), nie mniej jednak ze zbliżoną sytuacją możemy się zetknąć, gdy zabieg herbicydowy będzie wykonywany po intensywnych opadach atmosferycznych. Niezależnie od wilgotności gleby obserwowano większe lub mniejsze rozmycie herbicydu w glebie. Spowodowane jest to tym, że gleba nie jest tworem jednolitym. Jest to mieszanina składników o różnych właściwościach sorpcyjnych oraz różnej wielkości i kształcie cząstek. Przyczynia się to do rozmycia pasma herbicydu. Zmiany wilgotności wpływająjedynie na szerokość tego pasma i jego umiejscowienie w profilu glebowym.
Brak jest prac dotyczących wpływu wilgotności gleby na procesy przemieszczania w profilu glebowym. Potwierdzona jest natomiast przydatność biotestów do badań przemieszczania herbicydów w glebie [Giinther i in. 1993].
Wzrost wilgotności gleby poprawia wyraźnie jej własności sorpcyjne, co ogranicza wymywanie herbicydu i decyduje o jego rozmieszczeniu w glebie. Dla substancji z grupy pochodnych fenoksykwasów, stwierdzono wystąpienie „wilgotności krytycznej”, po której przekroczeniu zmniejsza się stopień wymywania tych substancji. Początkowy stopień wilgotności gleby decyduje o rozmieszczeniu i szerokości pasma herbicydu w glebie.
Badania prowadzone w warunkach laboratoryjnych oparte na testach biologiczno- chemicznych sąbardziej wydajne, pozwalająna elastyczność i kontrolę wielu parametrów procesu przemieszczania herbicydu. Potwierdzają to inni autorzy [Kóhne i in. 2006].
WNIOSKI
1. Stopień wilgotności gleby w momencie aplikacji herbicydów wpływa w istotny spo sób na wymywanie i rozmieszczenie w profilu substancji aktywnych.
2. Znaczne opady atmosferyczne, które mogą mieć miejsce po aplikacji herbicydu, nie powo dują całkowitego wymycia substancji aktywnej z powierzchniowej warstwy gleby. 3. Dla substancji z grupy pochodnych fenoksykwasów stwierdzono wystąpienie „wilgot
ności krytycznej”, po której przekroczeniu zmniejsza się stopień wymywania tych sub stancji. Dla badanych gleb wyniosła ona 10-30% maksymalnej pojemności wodnej.
Wpływ wilgotności na przemieszczanie herbicydów w glebie 141
4. Na glebie o przewadze grubszych frakcji granulometrycznych (gleba I) maksymalny odsetek wymytych substancji aktywnych herbicydów był wyraźnie większy
LITERATURA
BOIVIN A., CHERRIER R., SCHIAVON M. 2005: A comparison o f five pesticides adsorption and desorption processes in thirteen contrasting field soils. Chemosphere 61: 668-676.
COX L., HERMOSIN M.C., CORNEJO J. 1996: Sorption o f metamitron on soils with low organic matter content. Chem ospere 32: 1391-1400.
GARCIA V.A.I., TADEO J.L. 1999: Influence o f soil moisture on sorption and degradation o f hexazinone and simazine in soil. J. Agric. Food Chem. 47: 3895-3900.
GUNTHER P., PESTEMER W., RAHMAN A., NORDM EYER H. 1993: A bioassay technique to study the leaching behaviour o f sulfonylurea herbicides in different soils. Weed Res. 33: 177-185.
KÓHNE J.M., KÓHNE S., ŚIMUNEK J. 2006: Multi-process herbicide transport in structured soil columns: Experiments and model analysis. J. Contamin. Hydrology 85: 1-32.
LI K., LIU W., XU D., LEE S. 2003: Influence o f organic matter and pH on bentazone sorption in soils. J.
Agric. F ood Chem. 51: 5362-5366.
PN-R-04111 1997: Polska Norma. Gleba i materiał roślinny. Oznaczanie pozostałości herbicydów. Substancja aktywna - pochodne kwasów fenoksyalkanokarboksylowych, PWN Warszawa.
PRAKASH N.B., DEVIS L.S. 1998: Effect o f organie matter on adsorption and desorption o f pendimethalin in soils. Pestic. Res. J. 10: 202-208.
Prof. dr hab. Jerzy Sadowski
Zakład Herbologii i Technik Uprawy Roli Orzechowa 61, 50-540 Wrocław
