глифосат. Ильясова-8-45. 1 обзор литературы
 Скачать 1.45 Mb.
|
|
1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 1.1 Общие сведения о микрофлоре почвы Большая часть всех микроорганизмов, обитающих на планете Земля, живет в почве. Микроорганизмы обитают практически везде. Их можно встретить в любых уголках нашей планеты — от глубин океана до верхних слоев атмосферы, но везде их разное количество. В воздушной среде в зависимости от чистоты или запыленности воздуха можно найти от единиц до сотен или тысяч клеток бактерий в кубическом метре. Вводной среде — в реках, озерах, морях — численность будет намного выше, мы сможем найти там миллионы клеток бактерий во всего лишь кубическом сантиметре, то есть в миллилитре воды. В почве численность микроорганизмов на порядок выше. Там водном кубическом сантиметре почвы мы находим уже не миллионы, а миллиарды клеток бактерий. Помимо бактерий, почва пронизана мицелием грибов. Там обитают одноклеточные грибки, дрожжи, там живут такие простейшие, как амебы и инфузории. Часто к микроорганизмам относят и многоклеточных животных нематод, коловраток, других мелких животных. В почве живет огромное разнообразие членистоногих — клещей и насекомых. В результате, хотя почва занимает меньшую часть поверхности нашей планеты, а ее мощность редко превышает десятки сантиметров, она является самым большим депозитарием биологического разнообразия на планете Земля. Почему численность микроорганизмов в почве настолько высока По нескольким причинам. Прежде всего, дело в том, что представляет собой почва в физическом смысле. Твердая часть почвы — это агрегаты различного размера, пронизанные густой сетью трещин и капилляров толщиной всего лишь от нескольких микронов. Но для микроорганизмов это целый мир с пещерами, ущельями, которые заполнены водой. Там можно безопасно закрепиться на поверхности твердой фазы и потреблять растворенные органические вещества из жидкой среды. Удельная поверхность почвы может быть очень большой. В кубическом сантиметре почвы можно найти десятки и сотни квадратных метров твердой поверхности, на которой могут закрепиться микроорганизмы. Вторая причина высокой численности микроорганизмов почвы заключается в том, что, как это ни банально, на почве растут растения. Большинство микроорганизмов — гетеротрофы. Они для питания нуждаются в готовых, доступных органических веществах, а растения синтезируют их за счет фотосинтеза и постоянно выделяют растворимую органику через корни. Таким образом они подкармливают микроорганизмов ив корнеобитаемом слое почвы. Вблизи самих корней, в ризосфере, численность микроорганизмов особенно высока. Причем высока не только численность, но и разнообразие микроорганизмов. Почва, в отличие отводной среды, очень неоднородна. Там есть множество микролокусов сочень разными, иногда абсолютно противоположными условиями. Водном месте много органического вещества, в другом — мало одни капилляры заполнены водой, другие — воздухом. В итоге в почве постоянно существует множество ниш, в которых могут существовать микроорганизмы с самыми разными потребностями. Водном грамме почвы мы можем найти сотни и тысячи разных видов микроорганизмов. Даже если вдруг в почве нет подходящих условий для развития какого-то конкретного вида микроорганизмов, он может сохраняться там в течение очень долгого времени, годами, в ожидании наступления подходящих условий. Микроорганизмы в почве осуществляют множество различных биохимических реакций, потребляют вещества, синтезируют их. Благодаря такому высокому разнообразию, высокой численности почва превращается в мощнейшую биохимическую машину, которая пропускает через себя значительные потоки вещества и энергии в масштабах планеты. Циклы многих важнейших для жизни на Земле химических элементов, таких как углерод, азот, фосфор, так или иначе связаны с активностью почвенных микроорганизмов. Микробы в почве могут фиксировать атмосферный азот, превращая его в доступные для других живых существ соединения. Микробы могут, наоборот, разрушать азотсодержащие соединения, возвращая в атмосферу молекулярный азот и оксиды азота. Тоже самое с углеродом. Микроорганизмы могут разлагать органические вещества, например растительный опад, и возвращать таким образом в атмосферу углекислый газ. Могут, наоборот, консервировать углерод в виде инертного трудно разлагаемого органического вещества. Все эти процессы весьма интересны человеку, потому что оказывают прямое влияние на сельское хозяйство, на состояние окружающей среды, на климат. Это особенно актуально в последнее время в связи с попыткой регуляции углекислого газа в атмосфере. И поэтому человек давно пытается регулировать эти процессы. А для этого, конечно, необходимо знать, как устроены почвенные микробные сообщества. Помимо влияния на биосферу, на глобальные циклы вещества и энергии, почвенные микробные сообщества интересны для человека тем, что они прямо участвуют в питании растений. Не только растения подкармливают микроорганизмы, но и сами микроорганизмы участвуют в снабжении растений химическими элементами, питательными веществами, ферментами, даже гормонами роста. Роль бактерий в природе невозможно переоценить. Благодаря сапротрофным бактериям в почве поддерживается необходимое для жизни растений количество минеральных веществ. Бактерии являются обязательным звеном круговорота веществ в природе. В почве находится огромное количество бактерий разных видов. В процессе фотосинтеза растения превращают неорганические вещества в сложные органические соединения. Многие почвенные бактерии в процессе своей жизнедеятельности превращают отмершие части растений им ртвые организмы в перегной. Это сапротрофные бактерии гниения. Превращая органические остатки в перегной, они выполняют в природе санитарную и почвообразовательную роль. Другая группа почвенных бактерий разлагает перегной. Это сапротрофные бактерии брожения. В процессе их жизнедеятельности перегной превращается в минеральные соли, необходимые для жизни растений. В структуре наземных биоценозов значительную роль играет почвенная микрофлора. Микроорганизмы способствуют разложению мертвых органических веществ до минеральных, те. участвуют в процессе, без которого нормальное существование биоценозов было бы невозможным Согласно исследованиям С.Н. Виноградского (1952) микрофлору почвы можно разделить на метаболически активные организмы (стратеги, которые ассимилируют неорганические, низкомолекулярные органические вещества и быстро ферментируют высокомолекулярные органические соединения — белки, целлюлозу, пектин, хитин («зимогенная» микрофлора, и метаболически малоактивные организмы (стратеги, способные к деструкции и синтезу гумусовых веществ («аутохтонная» микрофлора. С. П. Костычевым подразумевалось, что растения служат источником питательных субстратов для микрофлоры, которая является биологически активным окружением растения, поставляющим генетические ресурсы для эволюции симбиотически специализированных форм Существуют две основные группы фиксирующих атмосферный азот микроорганизмов — вступающие в симбиоз с высшими растениями (роды бактерий Rhizobium, Bradyrhizobium, Mezorhizobium, Sinorhizobium, Azorhizobi um) и свободноживущие. Ко второй группе относятся ассоциативные азотфиксаторы роды бактерий Azospirillum, Pseudomonas, Agrobacterium, Klebsiella, Bacillus, Enterob acter, Flavobacterium Arthrobacter и др) и микроорганизмы, более приспособленные к свободному существованию в почве роды бактерий Clostridium, Azotobacter, Beijerinckia и др азотфиксирующие фототрофные бактерии, цианобактерии. По выражению В. И. Вернадского Почва пропитана жизнью. Жизнеспособные микроорганизмы могут давать в сутки несколько поколений себе подобных. В г почвы численность бактерий достигает миллиарда На большое количество микроорганизмов в биосфере указывают исследования Д. И. Никитина, по их подсчетам микробная биомасса в почве превышает ежегодно синтезируемую высшими растениями фитомассу Исследования ПА. Кожевина количества микробной биомассы дерново- подзолистой и серой лесной почва также чернозема показали, что на долю чистой микробной массы в среднем приходится около 0,1% массы почвы. Им рассмотрены механизмы регуляции численности микроорганизмов и подходы к управлению желательной или нежелательной микрофлорой в почве Главным источником распространения микробов является почва. Она населена огромным количеством микроорганизмов, которые принимают самое активное участие во всех процессах, связанных с круговоротом веществ в природе. Процессы почвообразования находятся в тесной зависимости от деятельности микроорганизмов. Под влиянием микробов в почве образуются различные Газы, основной из них - углекислый. С одного гектара почвы в течение года выделяется около 7,5 млн л углекислоты. Растворяясь вводе, углекислый газ превращается в угольную кислоту, иона способствует растворению минеральных веществ почвы. Выветривание горных пород зависит главным образом от углекислого газа, образуемого в почве микроорганизмами. Огромная роль микроорганизмов заключается в разложении и минерализации органических остатков в почве и превращении их в гумус, обусловливающий плодородие почвы. Но микроорганизмы не только разлагают органические вещества. Под влиянием их происходит синтез новых органических веществ в почве, которые изменяют ее структуру. Сложные процессы круговорота азота в природе схематично изображены в других разделах. В почве имеется все необходимое для развития микроорганизмов органические и минеральные вещества, влага и защита от губительного действия солнечной радиации. Поэтому в почве микроорганизмы чрезвычайно широко распространены, иона является главным резервуаром их в природе. В почве существует также тесная связь между микробами и растениями. Особенно благоприятна для жизнедеятельности микробов влажная почва и такие естественные среды, как навозили др. Почвы различаются не только количеством находящихся в них микробов, но и составом микрофлоры, который меняется в зависимости от времени года, метеорологических и климатических факторов, местоположения, освещения и влажности почвы. В пахотных почвах микроорганизмов больше, чем в заболоченных или торфянистых, особенно в летние месяцы. Наиболее богаты микробами перегнойные удобряемые поверхностные слои почвы. В 1 г садовой почвы находят до 100 млн микроорганизмов. Почвенные микроорганизмы очень разнообразны по свойствам. Так, по температурным границам развития они принадлежат к психрофилам, мезофилам и термофилам. По типу питания микроорганизмы почвы принадлежат к автотрофам, синтезирующим вещества своего тела из неорганических элементов, и гетеротрофам, нуждающимся в готовых органических веществах. Особенно много в почве сапрофитов, гетеротрофный тип питания которых заключается в разложении органических веществ - остатков животных и растений. Микроорганизмы почвы различаются и по потребности в кислороде аэробы обычно располагаются в верхних слоях почвы, анаэробы - в более глубоких. Среди почвенных микроорганизмов есть спорообразующие и не обладающие способностью к образованию спорте. бес споровые. Почвенные микроорганизмы принадлежат к бактериям, плесневым грибами дрожжам. Основные обитатели почвы - бактерии. Среди спорообразующих бактерий большое значение имеют мезофилы, принадлежащие к семейству Бациллус. Эти бактерии образуют термостойкие споры. Они вызывают разложение и гниение органических веществ в почве. Термостойкие споры образуют также бактерии рода Клостридиум, которые по биохимическим свойствам делятся на две группы одни обладают протеолитическими ферментами и вызывают распад белков (гниение, другие расщепляют углеводы (брожение. Некоторые клостридии являются паразитами и вызывают пищевые отравления. Густо населяют почву и неспорообразующие мезофильные бактерии рода Протеус, также участвующие в процессе гниения. Среди психрофильных обитателей почвы можно назвать бактерии семейства Псевдомонас и др, которые могут размножаться при низких температурах. Много в почве также стафилококков и других бактерий. Почва виноградников, садовых и огородных участков содержит много дрожжей. Они попадают в нее из опавших ягод, плодов и сахарсодержащих овощей. Под действием прямых солнечных лучей дрожжи на поверхности почвы высыхают, но подповерхностным слоем сохраняют жизнеспособность. Так, на глубине 50 см всегда встречаются живые клетки дрожжей, которые используют сахаристые вещества. После исчезновения сахара дрожжи переходят в неактивное состояние и способны выдержать длительное голодание, используя запасные питательные вещества клетки. С наступлением времени созревания плодов и ягод в почве виноградников и садов вновь накапливаются активные дрожжи. Таким образом, в почве ежегодно повторяется чередование в развитии дрожжей. Биологическая роль таких дрожжей в природе состоит в том, что они препятствуют накоплению в почве сахара. В зависимости от характера почв в них преобладают те или иные формы микроорганизмов. Количественный и видовой состав микрофлоры почвы меняется с глубиной в верхних слоях преобладают микроорганизмы, разлагающие остатки растений и животных, в более глубоких - микроорганизмы, довольствующиеся незначительными количествами органических веществ. Микроорганизмы могут сохраняться в почве продолжительное время, особенно в высушенном состоянии и при низкой температуре. Споры некоторых микробов могут сохраняться в почве годами. 1.2 Функции микрофлоры почвы Почвенная микрофлора разлагает органические субстанции и разрабатывает ценные формы гумуса в глубинных слоях земли. Жизненные процессы в почве играют ключевую роль для ее строения, плодородия, роста и развития растений. В садовой почве с глубиной пахотного слоя дом количество микроорганизмов может составлять 7%, что означает 42 кг органической массы на каждые 100 квадратных метров. Основные функции эндофитных сообществ заключаются в контроле патогенов и вредителей, а также в освобождении растений от поступающих извне ксенобиотиков, а возможно, и от собственных токсичных метаболитов. Некоторые клубеньковые бактерии способны к фиксации азота. Такие бактерии вступают в симбиоз с бобовыми культурами, проникают в их корни и вызывают образование "клубеньков, в которых они размножаются. Эти микроорганизмы способны фиксировать азота образующийся при этом аммиак используется растением для собственного роста Некоторые виды микробного сообщества почвы могут выполнять такие функции как ассимиляция почвенных источников азота, фосфора и железа, а также трансформация и перераспределение метаболитов между частями растения, что в определенной степени компенсирует отсутствие у него пищеварительных органов. Важной функцией эндофитов, особенно в условиях стрессов, может быть регуляция развития растений посредством активации синтеза гормонов, витаминов и других биологически активных веществ Обнаружено два пути диссимиляционной нитратредукции у различных представителей почвенной микрофлоры. При развитии в естественной среде обитания денитрифицирующие псевдомонады осуществляют оба процесса в равной мере, у спороносных бактерий доминирует восстановление нитрата до аммонийного азота. В результате осуществления процессов денитрификации у этих микроорганизмов обнаружены значительные потери азота из среды Микроскопические грибы отличаются наиболее активными совершенным энергетическим обменом по сравнению с другими почвенными микроорганизмами. Коэффициент использования субстрата у них может достигать 50–60%. У актиномицетов и бактерий этот показатель несколько ниже. Преобладание грибов в микробном сообществе, осуществляющем разложение растительных остатков, объясняется не только высокой проникающей способностью нитей грибного мицелия (гифов), но и биохимическими особенностями. При распаде целлюлозы, крахмала и пектинов почвы образуется большое количество органических кислот, которые повышает кислотность почвы, а это неблагоприятно сказывается на ее заселении бактериями. Большинство микроорганизмов предпочитают нейтральную реакцию среды Биомасса грибов может активно развиваться как в верхних слоях почвы, таки при дефиците кислорода, например Fusarium (F. culmorum, F. oxysporum), Trichoderma viride и некоторые виды Aspergillus и Penicillium развиваются в глубинных слоях почвы. По сравнению с остальными почвенными организмами грибы имеют экономный обмен веществ, так как они используют большое количество углерода и азота из разлагаемых ими соединений для построения собственного тела. До 60% расщепляемых грибами веществ переходит в слоевища грибов, то есть они также осуществляет фиксацию азот. Почвенная биота участвует в формировании плодородия почвы минерализации и гумификации органического вещества переходе связанных форм питательных элементов в подвижные азотфиксации; перемещении органических и минеральных веществ по профилю почвы образовании оптимальной структуры почвы процессах образования и трансформации фито активных веществ поддержании оптимального питательного режима почв. В обрабатываемой почве почвенная биота за счет частичного связывания минеральных элементов и удобрений, позволяет удерживать питательные веществе в пахотном слое, благоприятствуя созданию оптимального питательного режима и оструктуриванию почвы. 2 МЕТОДЫ, ОБЪЕКТЫ И УСЛОВИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ 2.1 Глифосат. Характеристика, физико-химические и токсикологические свойства Таблица 1 Глифосат, общие сведения Номер CAS 1071-83-6 Синонимы Глифосат, нитосорг, интосорг, глифонин, глиалка, Фосулен, цидокор, раундап, глицел, глитан, глисол, форсат, утал По-английски Glyphosate Эмпирическая формула С 3 H 8 NO 5 Р Группа на сайте Гербициды, Действующие вещества гербицидов Химический класс Фосфорорганические соединения (ФОС) Препаративная форма 52,5% Водно-диспергируемые гранулы, 0,88-54 % Водный раствор Способ проникновения Контактный пестицид, системный пестицид Действие на организмы Пестицид, гербицид, десикант Характер действия Гербицид избирательного действия, гербицид сплошного действия Способы применения Опрыскивание Физико-химические свойства. Глифосат – белые кристаллы. Запаха не имеет. Хорошо растворим вводе, плохо в органических растворителях. С органическими основаниями образует соли, которые хорошо растворимы вводе. Водные растворы соли глифосата с изопропиламином при хранении корродируют металл, поэтому их можно хранить только в полиэтиленовой таре или в металлической со специальным коррозионным покрытием. В препаративных формах для повышения растворимости глифосат переводят в солевую форму этаноламинную, калиевую, аммонийную, диметиламинную или изопропиламинную. Большинство применяемых препаратов на основе глифосата в качестве действующего вещества содержат его изопропиламинную соль. Физические характеристики Молекулярная масса 169,1; Температура разложения 230°C; Растворимость вводе препарата глифосат(25°C) 12 гл Давление пара низкое – х мм.рт.ст. (С. Токсикологические свойства и характеристики. В почвебыстро теряет активность. В почве и воде не накапливается, быстро разрушается до элементарных, существующих в природе веществ углекислый газ, фосфаты, углеводы, аминокислоты. Может накапливаться в почве, богатой органическими веществами, например, торфянистой. В песчаных почвах мобильность глифосата значительно выше, чем в глинистых. Что объясняется тем, что глифосат достаточно хорошо растворим вводе ив отличие от большинства водорастворимых гербицидных препаратов имеет чрезвычайно высокую способность связываться частицами почвы. Чем выше содержание в почве глины, меньше фосфора и меньше значение рН, тем выше эта способность. Основной фактор, обеспечивающий адсобирование глифосата почвенными частицами – уровень фосфата в почве, который приводит к связыванию молекул гербицида. Вещество конкурирует с неорганическим фосфатом за почвенные связывающие центры почвы. Степень его связывания зависит от доступности незанятых связывающих центров. Глифосат в адсорбированном состоянии практически не проявляет гербицидную активность, поэтому не следует высевать семена или высаживать растения на обработанные площади сразу после использования препарата. К тому же глифосат не проявляет значимой довсходовой активности даже при применении высоких норм расхода. Глифосат умеренно персистентен в почве, обладает крайне слабой тенденцией к выщелачиванию (кроме тех случаев, когда он находится в адcорбированном состоянии на коллоидных частицах почвы) и низкой подвижностью в почве. Остатки препарата, поступающие в почву из обработанных сорняков, в другие растения не проникают. В почве глифосат, в зависимости от условий окружающей среды, устойчив к действию солнечного света, химическому разрушению. Полезные виды и энтомофаги Малотоксичен для пчел и других полезных насекомых В лабораторных и олевых условиях не установлено способности вещества накапливаться в моллюсках, рыбе и ракообразных. Теплокровные. Малотоксичен.ЛД 50 для крыс 4900 мг/кг, кроликов – 3800 мг/кг, мышей 2060 мг/кг. Не раздражает кожу. Кумулятивные свойства слабо выражены. Следует избегать попадания препарата на слизистые глаз. |