Оценка эффективности применения гербицидов с учётом экологических последствий

Введение . Гербициды занимают важное место в системе защиты растениеводческих культур, позволяя снизить конкуренцию сорняков за воду, свет и питательные вещества. Однако вместе с эффективностью возникает ряд вопросов: вредное воздействие на хозяйственные культуры и экосистемы, экологические риски, требования к безопасному применению и регламентации.

Цель исследования – оценить эффективность использования гербицидов в условиях современных агроэкосистем, проанализировать влияние сорняков на урожайность и качество культур, рассмотреть методики оценки биологической эффективности и фитотоксичности, а также обсудить вопросы безопасности и регуляторного контроля.

Методы и материалы исследований заключаются в многоаспектном анализе эффективности применения гербицидов и влияния этого применения на экологическую обстановку в агроэкосистемах.

Результаты и обсуждение . В сельском хозяйстве гербициды применяются как средство борьбы с сорняками. Эти химические вещества уничтожают не только сорные растения, но и другую нежелательную растительность, способную снизить урожайность и качество продукции. Гербициды подразделяются на контактные, которые поражают растения при непосредственном контакте с их поверхностью, и системные, проникающие внутрь растений через корни и стебли, уничтожая их изнутри [3].

Влияние сорняков на сельское хозяйство многогранно и разрушительно. Они создают конкуренцию культурным растениям, затеняя их и замедляя рост, что приводит к снижению температуры почвы и угнетению полезных микроорганизмов. Это ослабляет фотосинтез и может вызвать полегание зерновых. На засоренных участках снижается всхожесть семян культур, их рост и развитие подавляются из-за химических веществ, выделяемых корнями сорняков (аллелопатия). Сорняки активно потребляют влагу и питательные вещества из почвы, истощая ее, и становятся рассадником вредителей и болезней. Засоренность полей также усложняет проведение всех полевых работ, от обработки почвы до уборки урожая, снижая их эффективность и качество. Для успешного контроля над сорняками необходимо изучать их биологию, включая минимальную температуру прорастания, плодовитость и жизнеспособность семян. Современная стратегия защиты посевов предполагает комплексный подход, направленный на оптимизацию фитосанитарного состояния агроценозов, с приоритетным использованием гербицидов, но с обязательным учетом их характеристик и экологической безопасности [6].

Достижение высоких показателей в растениеводстве, как по объему, так и по качеству, тесно связано с активным использованием пестицидов. Эти вещества применяются для профилактики и борьбы с вредными организмами, угрожающими урожаю. В 2022 году в России было проведено опрыскивание посевов средствами защиты растений на площади 93,70 млн. гектаров, что немного уступает показателю предыдущего года – 94,85 млн. гектаров. Одновременно, в рамках фитосанитарного мониторинга, вредные объекты отслеживались на территории сельскохозяйственных угодий общей площадью 203,39 млн. гектаров в 2022 году (в 2021 году – 218,30 млн. гектаров). При этом нельзя игнорировать тот факт, что химические средства защиты растений являются одним из опасных источников загрязнения окружающей среды [5].

В рамках полевых испытаний гербицидов на кукурузе, проведенных в 2017-2018 гг. на опытном поле ФГБНУ ВНИИ кукурузы, была зафиксирована высокая степень засоренности опытных делянок до внесения препаратов. Средняя численность сорных растений составляла 93.3 шт/м², из которых 63.0 шт/м² приходилось на двудольные и 30.3 шт/м² на однодольные, при этом сорняки находились на ранних стадиях онтогенеза. Визуальный осмотр, проведенный на следующий день после обработки, выявил начальные признаки гербицидного действия, такие как пожелтение и увядание верхних листьев у Ambrosia artemisiifolia и видов Cirsium, а также полегание Atriplex tatarica и Convolvulus arvensis. К моменту уборки кукурузы была достигнута полная элиминация таких сорных видов, как Cirsium arvense, Xanthium strumarium, Sonchus oleraceus и Lamium amplexicaule. Важно подчеркнуть отсутствие фитотоксичности гербицидов на растениях различных гибридов кукурузы в течение обоих лет исследований. Применение гербицидов способствовало значительному повышению урожайности зерна гибридов кукурузы различных групп спелости [4].

Исследования, проведенные в течение двух лет в Орловской области, оценили влияние двух гербицидных систем на симбиотическую активность раннеспелых сортов сои Свапа и Танаис. Оба комплекса гербицидов (Комплекс 1: ДуалГолд + Базагран + Фюзилад Форте; Комплекс 2: Фронтьер Оптима + Базагран + Арамо 45) подавляли бобово-ризобиальный симбиоз, что проявлялось в уменьшении образования клубеньков и снижении их функциональности по сравнению с необработанными растениями. Важно отметить, что сорта сои по-разному реагировали на химическую защиту. Комплекс 1 продемонстрировал наименьшее негативное воздействие, что позволило сортам в большей степени реализовать свой симбиотический потенциал. Это выразилось в усвоении до 38-55 кг/га атмосферного азота и, как следствие, в максимальной прибавке урожайности – в среднем 7 ц/га [1].

Целью исследования, проведенного на богарных землях Орловской области, было оценить эффективность различных дозировок гербицида Корум в комбинации с препаратом Циркон при выращивании сои сорта Припять. Установлено, что наиболее эффективным для подавления сорняков (97-100% гибели) оказалось применение Корума в норме 2 л/га совместно с ПАВ ДАШ 1 л/га. Это снижение засоренности полей привело к существенному росту урожайности сои – с 1 до 2,96 т/га в среднем за два года. Максимальный урожай был зафиксирован при использовании комплексной баковой смеси, включающей Корум (2 л/га), ПАВ ДАШ (1 л/га) и Циркон (0,04 л/га) [9].

Биологическая эффективность гербицидов, проявляющаяся в их способности подавлять сорные растения, является ключевым показателем их действия. Для её количественной оценки применяется методика, включающая проведение количественного или количественно-весового учёта сорной растительности. Данные собираются на контрольных участках, а также на опытных делянках до и после внесения гербицидов. Периодичность учётов (как правило, 2-3 раза за вегетационный период) и выбор метода (количественно-весовой) определяются задачами исследования, видом культуры и типом используемого гербицида. Обязательным этапом является предварительная оценка уровня засорённости перед закладкой опытов. Сроки проведения послеобработочных учётов варьируются: для контактных препаратов – через 15 дней, для системных – через 30 дней. Учёт сорняков (их численности и биомассы) осуществляется на площади 1 м², формируемой из пяти проб по 0,2 м² на каждой делянке. Расчёт биологической эффективности, выраженной в процентах гибели или снижения массы сорняков, производится по следующей формуле: С = ((A - B)/A) × 100%, где С – искомый процент гибели/снижения массы (биологическая эффективность); А – количество или масса сорняков на контрольном участке (до или после обработки); В – количество или масса сорняков на обработанном участке [6].

Актуальная повестка мирового сообщества включает в себя пристальное внимание к рискам, связанным с применением особо опасных пестицидов (ООП), как для здоровья человека, так и для экологического благополучия животного мира и окружающей среды. Данная ситуация обусловлена, в первую очередь, ростом доли ООП в общем объеме зарегистрированных средств защиты растений, несмотря на действие Стокгольмской конвенции о стойких органических загрязнителях, подписанной в 2001 году. Международная сеть по ликвидации загрязнителей (IPEN) выступила инициатором первого в своем роде комплексного исследования, охватившего Армению, Казахстан, Россию, Украину и Узбекистан. Результаты исследования подтвердили тенденцию к увеличению использования особо опасных химических средств защиты растений в указанных странах. Анализ Государственного каталога пестицидов и агрохимикатов Российской Федерации выявил наличие 108 ООП, из которых 38 имеют запрет на применение в других государствах. Аналогичные данные по количеству ООП и числу запрещенных за рубежом препаратов в Армении составляют 95/48, в Казахстане - 74/25, в Украине - 83/41, и в Узбекистане - 59/34 [5].

В России использование агрохимикатов, включая пестициды, регулируется Федеральным законом 1997 года «О безопасном обращении с пестицидами и агрохимикатами», а также ГОСТ 12.3.041-86 и инструкциями по безопасности при их хранении, транспортировке и применении в сельском хозяйстве. Однако, несмотря на законодательную базу, проблема экологически безопасного применения гербицидов остается крайне актуальной. Это связано с неравномерным распределением гербицидной нагрузки по регионам: некоторые области, например, Краснодарский край, Ростовская, Астраханская, Московская и Ленинградская, используют значительно больше этих средств, чем другие сельскохозяйственные зоны. Для достижения благоприятной экологической обстановки критически важен грамотный выбор препаратов и строгое нормирование гербицидной нагрузки, адаптированное к конкретным почвенно-климатическим условиям.

В целом, большинство гербицидов классифицируются как слабо или умеренно опасные. Их потенциальный экологический вред в значительной степени определяется применяемой дозой и скоростью их распада в окружающей среде. Работы по внесению гербицидов должны выполняться в кратчайшие агротехнические сроки, с соблюдением оптимальных технологических параметров, что минимизирует затраты труда и средств, а также обеспечивает санитарно-гигиенические условия для персонала и защиту окружающей среды. Токсичность гербицидов для сорных растений зависит от их способности проникать в растительные ткани. Наибольшая эффективность достигается при обработке сорняков на ранних стадиях развития; задержка снижает результат, который также зависит от общего состояния как культурных, так и сорных растений. При достаточном увлажнении и сбалансированном питании культурные растения становятся более устойчивыми, а сорняки - более чувствительными к гербицидам [2].

Уровень фитотоксичности почвы по отношению к сельскохозяйственным культурам является фундаментальным критерием для определения приемлемости технологий и регламентов применения гербицидов в текущем вегетационном периоде, особенно на участках с предшествующим применением персистентных гербицидных препаратов. Идентификация остаточных фитотоксикантов осуществляется с использованием наиболее чувствительных к ним тест-объектов, включая микроорганизмы (бактерии, грибы, одноклеточные водоросли) и высшие растения, а также их фрагменты и приросты. Повышение чувствительности биоиндикатора коррелирует с увеличением точности метода. Биотестирование на взрослых растениях позволяет интегрированно оценить воздействие не только исходного гербицидного препарата, но и продуктов его трансформации, многие из которых обладают повышенной фитотоксичностью. Метод биоиндикации, характеризующийся ускоренным ростом тест-растений в ранние фазы вегетации (5-30 дней), пригоден для проведения краткосрочных экспериментов [7].

Использование пестицидов имеет разрушительные последствия как для природы, так и для человека. В экосистемах они приводят к сокращению видового разнообразия, уничтожая важные для пищевых цепей сорняки и насекомых. Вред для здоровья человека проявляется как при непосредственном контакте, так и через накопление остатков пестицидов в продуктах питания и питьевой воде. Влияние пестицидов на биосферу настолько велико, что его сравнивают с глобальными экологическими факторами. Поэтому на всех уровнях ведется поиск и внедрение альтернативных подходов, например, органического земледелия и биологических методов борьбы с вредителями, чтобы уменьшить потребность в пестицидах.

Последствия применения пестицидов включают снижение урожайности, нарушение жизнедеятельности почвенных микроорганизмов, загрязнение поверхностных и подземных вод, замедление процессов восстановления плодородия почв и ухудшение питательной ценности продуктов. Особую тревогу вызывает гибель опыляющих растений, в том числе пчел. Пестициды могут вызывать массовое исчезновение рабочих пчел из ульев, а опрыскивание цветущих культур напрямую уничтожает пчел-опылителей. Ввиду серьезного ущерба, наносимого животному миру, все больше стран вводят ограничения на использование пестицидов и разрабатывают программы по сохранению биоразнообразия, поскольку животные подвергаются риску отравления остатками пестицидов в пище [8].

Однако, игнорирование защиты сельскохозяйственных культур от сорняков, вредителей и болезней влечет за собой значительные экологические проблемы и угрозы для здоровья людей и животных. Яркий пример – амброзия полыннолистная, американский сорняк-интродуцент, который не только снижает урожайность, но и является одним из самых агрессивных аллергенов, способным вызывать астму. Основной аллерген амброзии, Amb a 1, обнаруживается у подавляющего большинства пациентов с пыльцевой аллергией. Не менее опасны инвазивные грибы, поражающие культурные растения, особенно зерновые и картофель в России. Вспышка фузариоза колоса на Северном Кавказе в конце прошлого века, вызванная грибом Fusarium graminearum, привела к образованию микотоксинов (таких как афлатоксин, Т-2 токсин, ДОН), представляющих серьезную угрозу для здоровья. Эти токсины также могут накапливаться в хранящемся зерне, растительном сырье и кормах. Спорынья, заменяющая зерна токсичными склероциями, является смертельно опасной для человека и животных, а ее удаление из урожая требует специального оборудования [5, 10].

Применение гербицидов требует строгого контроля со стороны агронома или специалиста по защите растений, которые несут ответственность за соблюдение норм охраны труда и техники безопасности. К работе с этими веществами допускаются только совершеннолетние, здоровые люди, не имеющие противопоказаний по возрасту (до 55 лет для мужчин, до 50 лет для женщин) или состоянию здоровья (беременность, лактация, недавние операции, хронические заболевания). Работники должны быть обеспечены полной защитной экипировкой, включая спецодежду, обувь, перчатки, очки и средства защиты органов дыхания, которые необходимо регулярно дезинфицировать. Во время работы категорически запрещено курить, есть и касаться лица. После работы обязательны гигиенические процедуры. Места обработки и хранения гербицидов, а также тара, должны быть надежно защищены и утилизированы, а сами препараты храниться в сухих, закрытых помещениях с соответствующей маркировкой [2].

Вывод. Применение гербицидов обеспечивает практически полное уничтожение основных видов сорных растений, что подтверждается как на посевах кукурузы, так и сои. Уже в первые дни после обработки наблюдаются выраженные признаки угнетения сорняков, а к уборке урожая их численность сводится к минимуму. Это позволяет культурам развиваться без конкуренции за питательные вещества и влагу. Также использование гербицидов способствует значительному росту урожайности. На кукурузе отмечено повышение урожайности зерна различных гибридов, на сое – увеличение сбора с 1 до 2,96 т/га при оптимальной системе защиты. Даже при частичном влиянии на симбиотическую активность правильный подбор комплекса гербицидов позволяет реализовать потенциал сорта и получить максимальную прибавку урожая. Эффективностьгербицидов зависит от грамотного выбора препаратов, их дозировок и комбинаций. На сое наилучший результат показала комплексная баковая смесь, а наименьшее негативное влияние на симбиоз с клубеньковыми бактериями оказал определённый гербицидный комплекс. Это подчёркивает необходимость индивидуального подхода к каждой культуре и сорту. В опытах не зафиксировано фитотоксичности гербицидов для кукурузы, что подтверждает возможность их безопасного применения при соблюдении регламентов.

Таким образом, гербициды являются высокоэффективным средством для контроля засорённости посевов и повышения урожайности, однако их применение требует грамотного подбора препаратов, дозировок и учёта биологических особенностей культур. При соблюдении этих условий гербициды обеспечивают надёжную защиту растений и способствуют реализации их продуктивного потенциала.