Гербициды могут вноситься в почву с целью борьбы против сорных растений селективно в области сельского хозяйства или неизбирательно на промышленных площадках. Несмотря на разнообразие функциональных характеристик почвенных гербицидов, они используются в большом количестве. В связи с этим необходимо хорошо знать те факторы, от которых зависит воздействие почвенных гербицидов.
Существует много факторов, определяющих эффективность почвенных гербицидов. Свойства почвы непосредственно влияют на гербициды, вносимые в почву, в отличие от листовых гербицидов.
Число почвенных факторов, основная часть различных типов гербицидов, большое количество видов растений и климатические изменения чрезвычайно затрудняют изучение гербицидов в почве и приводят к расхождениям во мнениях.
Гербициды вносятся непосредственно в почву для 1) предпосевной обработки; 2) предвсходовой обработки; 3) послевсходовой обработки или 4) стерилизации почвы. Время обработки может выбираться либо в зависимости от культуры, либо от сорного растения. Кроме того, некоторые гербициды наносятся исключительно на поверхность почвы, другие — заделываются. Поскольку многие однолетние сорные растения дают ростки в верхнем слое (1,3 см) почвы, предвсходовые обработки будут эффективны при высоких концентрациях гербицида на данной территории. В случае если прорастающие семена на поверхности почвы будут уничтожены, поверхность может оставаться свободной от сорняков и после исчезновения гербицида на этом участке. Семена многих сорных растений не прорастают, если они залегают глубоко в грунте.
Для эффективной стерилизации гербицид должен оставаться активным в корнеобитаемом слое для уничтожения как прорастающих семян, так и глубокоукореняющихся растений.
персистентность в почве
Период времени, в течение которого гербицид остаётся в почве активным, или стойким, играет очень важную роль, поскольку от этого зависит продолжительность возможного воздействия на сорные растения. Остаточная токсичность также имеет первостепенное значение, так как она является причиной фитотоксичных эффектов, которые могут нанести вред последующим культурам или насаждениям.
Гербициды могут исчезать быстрее при использовании больших объёмов воды, обеспечивающих интенсивное выщелачивание, и при повторной обработке почвы или перемешивании грунта. В определённых случаях в почву могут добавляться удобрения с тем, чтобы уменьшить вероятность вредных последствий воздействия некоторых гербицидов.
Применение активированного угля также снижает фитотоксичность гербицидов, но, как правило, это эффективно только против органических гербицидов. Активированный уголь представляет собой обычный уголь, тонкоизмельчённый для улучшения его абсорбирующих свойств и электрически заряжённый для притяжения молекул гербицида. Несмотря на наличие гербицида в почве, он уже не может поглощаться растениями. Активированный уголь не оказывает значительного воздействия на почву, растения или удобрения.
Факторы, влияющие на персистентность
Существует семь факторов, от которых зависит стойкость гербицида в почве: 1) разложение микроорганизма; 2) химическое разложение; 3) адсорбция на почвенных коллоидах; 4) выщелачивание; 5) летучесть; 6) фотохимическое разложение; 7) удаление вместе с культурами при уборке урожая.
1. Разложение микроорганизмом
Основными организмами в почве являются водоросли, грибы и бактерии. Главным образом, для питания и роста эти организмы используют органические соединения, например, органический материал и другие органические вещества, включая органические гербициды. Некоторые органические вещества легко разлагаются, тогда как другие устойчивы к разложению.
Микроорганизмы сразу поражают органические соединения, в т.ч. вносимые в почву органические гербициды. Микроорганизмы, способные использовать новые пищевые ресурсы, действуют активно и увеличиваются в количестве. Такое действие ускоряет процесс разложения гербицида. Существует вероятность того, что активизация микроорганизма после первоначального внесения гербицида будет приводить к более быстрому распаду при следующих обработках и для достижения аналогичных результатов потребует использования более высоких концентраций гербицида. После разложения популяция микроорганизмов уменьшается в количестве в связи с истощением пищевых ресурсов.
Помимо пищевых ресурсов, на рост и размножение микроорганизмов, могут оказывать влияние и другие факторы, как например, температура, снабжение водой, кислородом и питательными веществами. Большинство почвенных организмов находится практически в состоянии покоя при температуре 4,440С, если наиболее благоприятная температура для составляет от 23,90С до 32,20С. Для основной части организмов причиной состояния покоя или гибели является отсутствие воды. Подача кислорода играет для них не менее важную роль. Недостаток питательных веществ, таких как азота, фосфора или калия, может также снизить скорость роста микроорганизмов.
Водородной показатель почвы тоже оказывает влияние на микроорганизмы. Для грибов наиболее благоприятен уровень рН почвы ниже отметки 5,5, а для бактерий — выше 5,5.
Гербициды могут оставаться токсичными на протяжении длительного периода времени, если почва холодная, сухая, плохо аэрируемая или в иных условиях, неблагоприятных для роста микроорганизмов.
Тёплая, влажная, хорошо аэрируемая и плодородная почва создаёт идеальную атмосферу для микроорганизмов, в которой они способны быстро разлагать органические гербициды.
Обычные концентрации гербицидов при внесении существенно не влияют на популяции микроорганизмов, поскольку гербицид, как правило, оказывает благоприятное воздействие на одну группу микроорганизмов и поражает другую. После разложения гербицида популяция микроорганизмов восстанавливается до прежних размеров. Гербициды различаются по уровню стойкости. При использовании в рекомендуемых концентрациях большая часть химикатов, применяемых на сельскохозяйственных культурах, разлагается менее чем за 12 месяцев.
2. Химическое разложение
В результате химического разложения некоторые гербициды могут разлагаться, а другие — активизироваться. Реакция химического распада включает в себя такие этапы, как гидролиз, оксидирование, изомеризация, ионизация и солеобразование, наиболее важными из которых являются гидролиз и оксидирование. В присутствии воды происходит медленный гидролиз далапона, вследствие чего он становится неэффективным.
3. Адсорбция на почвенных коллоидах
Почвенные коллоиды представляют собой совокупность микроскопических органических и минеральных частиц в почве, характеризующихся высокой поглотительной способностью. Подсчитано, что площадь адсорбирующей поверхности 16,4 см3 коллоидной глины составляет 18,6 м2 — 46,5 м2. Адсорбирование гербицида на почвенных частицах снижает его концентрацию в грунтовых водах, вследствие чего количество гербицида, доступного для поглощения растением, становится ограниченным. В связи с высокой поглотительной способностью почвенных коллоидов для обработки почвы, богатой органическими веществами, требуется большее количество предвсходового гербицида или почвенного фумиганта, чем для обработки почвы с низким содержанием органических веществ. Поскольку глина по сравнению с песком имеет большую площадь адсорбирующей поверхности, для предвсходовой обработки и стерилизации почв с высоким содержанием глины необходимо большее количество гербицида. Как правило, почвы с высоким содержанием органических веществ и глины задерживают гербицид в течение более продолжительного периода времени, чем песчаные почвы, поэтому адсорбированный гербицид может выделяться настолько медленно, что его воздействие станет неэффективным.
Некоторое количество гербицида необходимо для насыщения поглотительной способности почвы. Концентрации выше этого предельного значения являются причиной существенного увеличения количества химиката в почвенном растворе, вызывая рост показателя токсичности для растений.
4. Выщелачивание
Выщелачивание подразумевает нисходящее движение вещества в растворе через почву. Перемещение гербицида посредством выщелачивания может стать определяющим фактором его эффективности, объяснить его избирательную способность или стать причиной его удаления из почвы.
Основная часть предвсходовых гербицидов применяется на поверхности почвы и зависит от дождевых осадков, вымывающих их либо на верхний слой почвы, либо в зоны прорастающих семян сорняков. Семена сорных растений, прорастающие в пропитанной химикатами почве, уничтожаются, тогда как крупносеменные культуры, посаженные ниже территории внесения гербицида в высокой концентрации, не поражаются.
Некоторые гербициды удаляются из почвы посредством выщелачивания. Главным образом, степень выщелачивания гербицида зависит от:
1) взаимосвязи между гербицидом и адсорбирующей способностью почвы;
2) растворимости гербицида в воде;
3) количества воды, перемещающейся вниз через почву.
В большинстве случаев гербициды, полностью растворимые в воде, легче всего поддаются выщелачиванию. Однако некоторые растворимые в воде гербициды могут вступать в реакцию с различными частицами почвы и образовывать относительно устойчивые молекулы. При определении возможностей гербицида к выщелачиванию прочность связи адсорбционного типа может иметь большее значение, чем растворимость в воде.
5. Летучесть
Потеря гербицида вследствие испарения, возможно, более значима, чем это представляется в большинстве случаев в отношении многих поверхностно внесённых гербицидов. При умеренных температурах летом и при условии сохранения влажности поверхности почвы вода будет уходить только из почвы со скоростью 200т/0,004км2/месяц. Температура поверхности почвы составила 82,20С.
Все химикаты, как жидкости, так и сухие вещества, обладают давлением водяных паров. Испарение воды можно привести в качестве примера для жидкости, а выпаривание нафталина (нафталиновых шариков) — для сухого вещества. При определённом давлении процесс выпаривания и жидкостей, и сухих веществ ускоряется при повышении температур.
Гербициды могут испаряться из почвы и уходить в атмосферу как летучие газы. Подобная потеря зачастую недооценивается и может стать причиной низких результатов в борьбе против сорных растений и/или повредить чувствительные культуры. Примером может послужить 2,4-D эфир.
Возможно передвижение гербицидов в пористый грунт в форме летучих газов. Считается, что EPTC (Эптам) перемещается как летучий газ. EPTC и другие летучие гербициды часто вскоре после применения механически смешиваются с почвой с целью уменьшения потерь от испарения.
Дождевые осадки или оросительная вода, используемая на сухой или умеренно сухой почве, как правило, передвигают гербицид в почву либо способствуют его адсорбции почвой. После адсорбции потери от испарения в большинстве случаев сокращаются. При отсутствии дождевых осадков или невозможности немедленного орошения уменьшение потерь возможно путём заделки.
6. Фотохимическое разложение
В отношении некоторых гербицидов имеются данные по фотохимическому разложению, или деструкции под действием света. Потери поверхностно внесённых химикатов — распространённое явление, особенно если в течение продолжительного периода времени не выпадают дождевые осадки, способствующие их передвижению в почву. Этот процесс начинается после поглощения молекулами гербицида световой энергии, вследствие чего происходит их распад и дезактивация.
4. Удаление вместе с растениями при уборке урожая
Растения могут поглощать гербициды из почвы во время своего роста. Впоследствии адсорбированный гербицид может быть удалён при сборе урожая. Зерновые использовались для удаления симазина и атразина из почв, где они применялись в качестве фумигантов и где планировалась посадка декоративных растений.
концентрация гербицида в почве
При внесении в почву гербицидов необходимо рассчитывать концентрацию применяемого химиката, при этом большое значение имеют два фактора:
1. Вес почвы. В среднем почва весит 1587,6т/1233м3. Таким образом, при смешивании 1,6 кг гербицида с верхним слоем почвы концентрация составит 1 промиль.
2. Водоудерживающая способность почвы. Почвы обладают различной водоудерживающей способностью, и действие основной части гербицидов зависит от почвенного раствора. Вследствие этого концентрация гербицида в почвенном растворе определяется таким показателем, как количество воды в почве в определённый момент времени.
Влажность почвы может составлять от 136т до 680,4т на 1233м3. Так, концентрация водорастворимого гербицида (в растворе) будет в пять раз выше при меньшей влажности почвы.