Биологические индикаторы пастбищного загрязнения системы почва – растение – тест объект

Использование саранчовых как индикаторов загрязнения окружающей среды пестицидами (акридоиндикация) является новым направлением, которое предполагает применение хорошо определяемых визуально и широко распространенных  тест-объектов и тест-систем для индикации параметров загрязнения окружающей среды.

Введение

Балхашский-Алакольский бассейн является одним из крупнейших озерных экосистем планеты и представляет собой уникальный природный комплекс, по площади превышающий размеры многих государств. Он занимает обширную территорию в 413 тыс. кв. км на юго-востоке Казахстана и северо-западе Китая. В бассейне проживает пятая часть населения нашей страны, половину которой составляют сельские жители.

В Казахстанскую часть бассейна попадает территория Алматинской области, Моинкумского, Кордайского и Шуского районов Жамбылской области, Актогайского, Шетского и Каркаралинского районов и городов Приозерск и Балхаш Карагандинской области, Урджарского, Аягозского, Абайского и Кокпектинского районов Восточно- Казахстанской области, а также северо-западная часть Синьцзян-Уйгурского автономного района Китая. В бассейне расположен крупный мегаполис - город Алматы.

Данных о современном экологическом состоянии Балхаш-Алакольского региона очень мало, поскольку в 90-е годы были значительно сокращены стандартные наблюдения и практически полностью прекращены научные исследования в этом направлении.

Ранее на долю региона приходилось 16% промышленного производства в Казахстане, 13% сельхозпродукции, 44,2% улова рыбы. Сравнительно недавно важной статьей доходов была добыча ондатры, промысел которой составлял 30% уровня бывшего СССР. Огромное количество ядохимикатов активно использовалось в советский период в сельском хозяйстве, и особенно в растениеводстве, для протравливания больших масс семян пшеницы, ячменя и других сельхозкультур, а также для подавления вспышек массовых размножений азиатской саранчи (Locusta migratoria L.) в обширных тростниковых зарослях. В этой связи саранча и тростник выбраны в качестве дополнительных объектов для индикации пестицидного загрязнения территории к уже известным.

Массированное использование пестицидов вызывает загрязнение почв, грунтовых вод, питьевых водоисточников, продуктов питания; нарушение равновесия в конкретных популяциях и гибель нецелевых видов; изменение видового состава фитоценозов и т.д.

С возрастанием загрязнения увеличивается риск, связанный с воздействием пестицидов на здоровье человека. Об этом свидетельствуют эпидемиологические исследования, проведенные в различных странах мира. Отмечается их влияние на репродуктивную функцию, иммунологический статус организма, развитие аллергических реакций, рост онкозаболеваемости у лиц, подвергающихся хроническому воздействию пестицидов.

В основополагающих документах Республики Казахстан указано, что исследования влияния различных отходов на экологическую обстановку в стране и нахождение путей ограничения этого влияния являются неотложными и приоритетными задачами закона Республики Казахстан «О науке» от 9 июля 2001 г., № 225, Указ Президента Республики Казахстан «О стратегии индустриально-инновационного развития РК» на 2003-2015 гг. от 17 мая 2003 г., № 1096.

Методики биотестирования имеют ГОСТ, однако унифицированных методик, используемых в практике экологического контроля, пока крайне мало, требуется их разработка и утверждение. Кроме того, необходима подготовка специалистов, владеющих данными методами, создание специализированных лабораторий биоиндикации и биотестирования. Это позволит выявить зоны и устранить причины загрязнения пестицидами регионов, что улучшит экологические и социально-экономические условия жизни населения.

Использование саранчовых как индикаторов загрязнения окружающей среды пестицидами  (акридоиндикация)  является  новым  направлением,  которое   предполагает применение хорошо определяемых визуально и широко распространенных  тест-объектов и тест-систем для индикации параметров загрязнения окружающей среды.

В отличие от этих проведенных исследований, разработка методических основ акридоиндикации позволяет провести оценку общего состояния популяций вредных саранчовых, определения дестабилизации пастбищного режима, степени техногенного и пестицидного загрязнения, гидрологического режима местности, индикаторами восстановления и разрушения почвенного покрова, уровня радиации.

Исследования направлены на разработку методики биоиндикации с помощью саранчовых (акридоиндикация), т.е. использованием видов вредных саранчовых, будет осуществляться качественная и количественная оценка (с определением степени загрязнения) эффекта антропогенного (химические обработки) влияния на окружающую среду.

Особую значимость имеет то обстоятельство, что биоиндикаторы отражают степень опасности соответствующего состояния окружающей среды для всех живых организмов, в том числе и для человека.

Материалы и методы

Исследования проводили посредством мониторинга загрязнения окружающей среды в исследуемых регионах, с использованием методов акридоиндикации и ГИС-технологий. Таким образом, оценку динамики процессов, происходящих на территории распространения саранчовых насекомых, проводили на двух уровнях для выбора оптимальной тактики проведения всего комплекса работ. Первый уровень – наземные энтомологические исследования территории. Второй уровень – экотоксикологические исследования. Данная разработка позволяет отслеживать естественные процессы природной среды в их динамике. В настоящее время вследствие ряда причин (антропогенные воздействия на биоценозы, локальный парниковый эффект и т.п.) очаги массового размножения саранчовых находятся в нестабильном состоянии, их границы смещаются. Это подтверждается данными наших работ предшествующих лет. Проведение двух уровней исследований позволит решить, также, проблему более точного районирования территории республики на основе современных способов и технических средств обследований.

Изучение саранчовых проводилось путем маршрутных обследований тростниковых зарослей. Для выявления видового состава использовалась методика [1].

При маршрутных обследованиях с интервалом в 50-100км осуществлялись сборы взрослых особей азиатской саранчи энтомологическим сачком. Собранный материал фиксировался и раскладывался на ватные слои для последующего токсикологического анализа. Одновременно срезалась зеленая масса тростника, которая также передавалась для анализа на содержание пестицидов. Пункты отбора проб фиксировались персональным навигатором Etrex Legend.

Подсчет численности насекомых в поле зрения проводился по маршрутам, охватывающим основные стации обитания. Расстояние между маршрутами от 100 до 300 м при пешем обследовании и 400-1000 м при использовании автотранспорта.

Изучение эффективности и длительности токсического действия инсектицидов проводилось в соответствии с «Методическими рекомендациями по токсикологической оценке инсектицидов для борьбы с саранчовыми в полевых условиях» [2].

Испытания препаратов проводились в соответствии с «Методическими указаниями по проведению регистрационных испытаний инсектицидов, акарицидов, биопрепаратов и феромонов в растениеводстве» [3],

Обработка опытных участков проводилась сплошным способом. Размер опытной делянки составлял 1250 м2. Повторность четырехкратная. Обработка осуществлялась ранцевым  опрыскивателем. Расход  рабочей жидкости 10-12 л/га.

Образцы   для   токсикологических   лабораторных   анализов   отбирались   согласно «Унифицированным правилам отбора проб сельскохозяйственной продукций, продуктов питания и объектов окружающей среды для определения микроколичеств пестицидов». Определение остаточных количеств действующих веществ пестицидов в исследуемых объектах проводилось методами газожидкостной и высокоэффективной жидкостной хроматографии.

Для оценки поверхностного загрязнения почвы отбор проб проводился на глубине 5- 10 см. Образцы почвенных проб из различных горизонтов отбирались специальным буром. После отбора проб в пакеты и удаления лишней воды, пробы усреднялись многократным перемешиванием вручную. При перемешивании из них удалялись растительные остатки, корешки, камни и другие включения.

Результаты исследований

Тростник обыкновенный (Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steud (Ph. сommunis Trin.) относится к семейству мятликовых. Распространен везде, кроме крайнего севера. Основным фактором, влияющим на рост и развитие тростника является водный режим мест его произрастания. Урожайность тростника зависит, в основном, от глубины залегания грунтовых вод и их минерализации. Наиболее благоприятные условия для растений создаются по берегам проток, где произрастают так называемые [4] «бордюрные тростники».

В Казахстане обширные очаги азиатской саранчи расположены по северо- восточному побережью Каспийского моря и в левобережной части реки Орал, в дельте и пойме реки Сырдарья, в низовьях и по среднему течению рек Иргиз и Тургай, в низовьях рек Сарысу, Шу, Талас и на берегу озера Зайсан.

Наиболее крупные гнездилища и очаги размножения азиатской саранчи расположены по берегам озер Балхаш и Алаколь.

Основными стациями обитания личинок азиатской саранчи являются сенокосы и деградирующие тростники, по мере перехода во взрослое состояние, основная масса насекомых перемещается в более густые заросли тростника. Однако кубышки откладываются на более возвышенных, хорошо прогреваемых участках – деградирующих тростниках, обочинах дорог.

Обсуждение результатов

Нашими наблюдениями установлено, что ко времени появления взрослых особей тростниковая растительность в местах отрождения личинок становится грубой и обычно выгорает. Поэтому взрослая саранча стаями в поисках молодых порослей тростника, камыша и другой питательной растительности совершает миграции на небольшие расстояния. Со временем, имаго азиатской саранчи напитавшись, способны на дальние миграции, исчисляемые несколькими сотнями километров.

По данным Е.П. Цыпленкова [5] стаи азиатской саранчи за период их миграций улетают за пределы гнездилищ на расстояние до 200-300км, при благоприятной метеорологической обстановке – до 500км. Отмечены перелеты стай этой саранчи на расстояние более 1000 км.

Химический метод борьбы с саранчовыми становится доминирующим с начала XX века. При этом обычно используется либо распространение препарата на каком-то участке тем или иным способом (разбрасывание, распыление, разбрызгивание), либо в каких-то точках размещаются отравленные приманки. Естественно, состав инсектицидов на протяжении ХХ и ХХI веков значительно изменился. Если в начале ХХ века применяли главным образом соединения мышьяка, затем такие опасные вещества, как ДДТ и ГХЦГ, еще позже фосфорорганические соединения, то теперь среди препаратов, разрешенных к использованию против саранчовых господствуют синтетические пиретроиды: циперметрин    и    его    производные,    дельтаметрин,    лямбдацигалотрин,    фенвалерат, эсфенвалерат и другие. Еще достаточно хорошо представлена фосфорорганика (малатион, фенитротион, хлорпирифос). Некоторые препараты представляют собой комбинацию инсектицидов разных групп. Вместе с тем, в последние годы появились новые препараты, применение которых, вероятно, позволяет, с одной стороны, достичь существенно более высокого эффекта, а с другой, намного снизить нагрузку на экосистемы.

В 2009 году было обработано пестицидами 101,1 тыс. га, а в 2010 – 119,43 тыс.га, из них только в Балхашском районе, Алматинской области – 60,24 тыс.га.

В текущем году против личинок азиатской саранчи в регионе были применены следующие препараты: геркулес, 48% с.к., димилин ОФ-6, адонис, 4% к.э., имидор, в.р.к. и регент, 80% в.д.г. с биологической эффективностью 92,5; 92,0; 92,5; 90,5 и 94,4%, соответственно. По данным наблюдений наибольшие площади заселения и обработок, начиная с 2008 года, приходились на Жиделинский и Каройский сельские округа Балхашского района, Алматинской области. Территория округов занимает дельту Иле и северо-западное побережье озера Балхаш. Против саранчовых используются различные методы борьбы. Однако пока ведущим является химический метод, несмотря на существующие многочисленные риски его применения. За годы исследований нами проведены регистрационные и производственные испытания препаратов из различных групп химических соединений. Препараты из группы пиретроидов обладают достаточно быстрой стартовой скоростью токсического действия, характерной для данной группы химических соединений. Биологическая эффективность на 3 сутки доходит до 82-83%. Максимальная эффективность проявляется на 7 сутки. Однако последующие учеты показывают снижение биологической эффективности препаратов. Что  касается препаратов с новыми действующими веществами, то они обладают достаточно высокой стартовой скоростью и продолжительным действием. Биологическая эффективность этих препаратов на 10 сутки может доходить до 99,5%. Ингибиторы синтеза хитина насекомых отличаются сравнительно невысокой биологической эффективностью в первые сутки после обработки. Однако в дальнейшем она постепенно увеличивается, и на 10 сутки может доходить до 98,1%. Следует отметить, что продолжительность защитного эффекта от применения препаратов с новыми действующими веществами и ингибиторов синтеза хитина превышает 3-4 недели, что позволяет избежать повторных обработок одних и тех же площадей (таблица 1).

Таблица 1. Биологическая эффективность химических препаратов против саранчовых в различных регионах Казахстана

 Биологическая эффективность химических препаратов против саранчовых в различных регионах Казахстана

При существующем ассортименте препаратов охрана среды от загрязнения перерастает в чрезвычайно важную проблему, которая требует строгих регламентов их использования и четко организованной системы контроля за их соблюдением, так как основные пути миграции препаратов в окружающей среде связаны с почвой,  атмосферой и водой.

Решающая роль в процессе циркуляции пестицидов и накопления их в объектах окружающей среды принадлежит почве. Уровень ее загрязнения зависит от попадания пестицидов с протравленными семенами, в процессе обработки растений, с выпадающими осадками, с частичками почвы при ветровой эрозии, с органическими удобрениями, с отмирающими частями растений при их обработке, поверхностном стоке с вышерасположенных участков.

Массированное применение пестицидов, отличающихся по свойствам, влиянию на теплокровных животных, поведению в объектах окружающей среды, во время массового размножения саранчовых ведет к возникновению рисков, связанных с загрязнением атмосферного воздуха, источников водоснабжения, почвы, пищевых продуктов и кормов для животных и птицы.

В ходе исследований использовалась космосъемка среднего и высокого разрешения: со спутника Terra/MODIS с разрешающей способностью 250 м. и космические снимки с индийского спутника IRS/LISS с разрешающей способностью 23 м. и IRS/AWIFS с разрешающей способностью 53 метра:

В 2010 году по данным обработки космической съемки зафиксирован факт резкого увеличения площади зеркал озер Балхаш и Алаколь (к юго-западу от оз. Балхаш). Если в предыдущие два года наблюдался постоянный спад уровня воды, то в 2010 году площадь озера Балхаш превзошла уровень 2007 года, а площадь озера Алаколь стала наибольшей за последние 6 лет (наблюдения с 2005 г.). Нужно отметить, что произошло повышение грунтовых вод всего региона, так как на снимках фиксируется большое  количество мелких озер вдоль всей прибрежной территории и восстановление зарослей тростника на затопленных территориях.

Обработки проводились в тростниковых зарослях урочища Семизколь (квадрат: 45о20.717 восточной долготы, 74о10.529 северной широты – 45о20.306 восточной долготы, 74о11.276 северной широты), Алматинская область, Балхашский  район,  Куйганский сельский округ. Cущественных отклонений температурного режима и осадков от среднемноголетних показателей не отмечено.

Как показывают результаты, полученные в опыте, Геркулес, 48% с.к. в течение 7 дней после обработки вызывал слабую гибель личинок саранчи. При этом эффективность препарата составляла 29,0-63,0%. Максимальная смертность личинок отмечена на 28 сутки.

Имидор, 20% в.к. с первых дней после обработки вызывал гибель личинок саранчи до уровня ниже ЭПВ. При этом эффективность препарата, в зависимости от норм расхода, составляла от 91,8 до 96,2%. Максимальная смертность личинок отмечена на 3 сутки при норме расхода 0,07 л/га. При норме расхода 0,05 л/га биологическая активность составляла 95,8 и 96,1% соответственно.

Испытания показали, что препарат Имидор, 20% в.к. обладает высокой начальной биологической эффективностью в обеих нормах расхода. Однако наблюдалось побочное действие,  как  имидора,  так  и  конфидора  на  нецелевую  энтомофауну.   Зафиксирована гибель       пауков   и    жуков-нарывников.   Восстановление   нецелевой   энтомофауны   на обработанных участках началось через две недели после внесения препаратов.

Для анализа на остаточные количества пестицидов в тростнике, почве и крылатой саранче отобраны образцы из следующих географических мест: Алакольский район, Алматинская область, 6 точек; Мойынкумский район, Жамбылская область, 3 точки; Балхашский район, Алматинская область, западный берег, 2 точки, восточный берег, 4 точки; Панфиловский район, Алматинская область, река Иле (правый берег) и Уйгурский район, Алматинская область (левый берег) – 2 точки.

Токсиостатки пестицидов адонис, 4% к.э. и имидор, 20% в.к., которые применялись для уничтожения саранчовых в 2010 году, были обнаружены в тростнике, почве и имаго азиатской саранчи на 21 сутки после обработки. Препараты из других химических групп, такие как геркулес, 48% с.к. и регент, 80% в.д.г. обнаруживались в объектах окружающей среды в течение более длительного времени. Это обстоятельство требует более детального изучения последействия новых групп химических соединений на окружающую среду, которые используются в настоящее время для регуляции численности азиатской саранчи.

Во всех образцах выявлены остатки изомеров α и γ ГХЦГ, ДДТ и следы Диметоата. Как уже указывалось выше, уровень озера Балхаш увеличился, что понизило концентрацию водных растворов. Однако, и в этих условиях установлено наличие остатков хлорорганических пестицидов (ХОП), хотя в последний раз они применялись против азиатской саранчи в 1988 году.

Выводы

Исследования проводили посредством мониторинга загрязнения Балхаш- Алакольского бассейна с использованием методов акридоиндикации и ГИС-технологий. Космическими съемками зафиксировано увеличение площади зеркал озер Балхаш и Алаколь, восстановление большого количества мелких озер, зарослей тростника в основных очагах размножения азиатской саранчи.

Анализами установлено высокая токсичность применяемых в конце прошлого столетия хлорорганических и фосфорорганических пестицидов. Обнаружены токсиостатки ДДТ и двух изомеров ГХЦГ в тест-объектах.

 

 

Литература

  1. Поляков И.Я., Персов М.П., Смирнова В.А. Прогноз развития вредителей и болезней сельскохозяйственных культур (с практикумом). – Л.: Колос, Ленинградское отделение, 1984. – 318 с.
  2. Методические указания по проведению регистрационных испытаний инсектицидов, акарицидов, биопрепаратов и феромонов в растениеводстве». -Алматы-Астана, – 118 с.
  3. Курдюков В.В. Методические рекомендации по токсикологической оценке инсектицидов для борьбы с саранчовыми в полевых условиях. ВИЗР. –1987. – 29 с.
  4. Агеева Н.Т. Приилийские тростники//Труды института ботаники АН  КазССР.  – С. 63-75
  5. Цыпленков Е.П. Вредные саранчовые насекомые в СССР. -Л.: Колос, 1970. – 272 с. 
Фамилия автора: Камбулин В.Е., Бадаев Е.А., Исенова Г.Д.
Год: 2011
Город: Алматы
Яндекс.Метрика