IDENTIFIKÁCIA RIZIKOVÝCH FAKTOROV REZIDUÁLNEHO PÔSOBENIA HERBICÍDNEJ OCHRANY PREDPLODINY NA PRODUKCIU REPY CUKROVEJ

The identification of the risks of forecrop herbicide protection on the sugar beet (Beta vulgaris L.) production

Š. Toth

Oblastný výskumný ústav agroekologie

Summary: This contribution presented the list of herbicides which using in the sugar beet forecrop may be reason of harmful residual influence on the cultivated sugar beet. There are presented the selected chemical and physical parameters of these pesticides, which effect with complicity in environmental factors define the risk of crop injury.

Key words: sugar beet, herbicides, forecrop, residues, half-life, breakdown, sorption

Souhrn: Práca poskytuje zoznam účinných látok herbicídov, ktorých použitie v osevnom slede pred cukrovou repou môže byť zdrojom nepriaznivého reziduálneho pôsobenia na rast a vývin cukrovej repy a následne aj hospodárskej úrody. Zvýšená pozornosť sa zároveň venuje vybraným chemickým a fyzikálnym vlastnostiam herbicídov, ktoré za spoluúčasti naznačených environmentálnych parametrov rozhodujúcou mierou určujú riziko poškodenia pestovanej plodiny.

Klíčová slova: cukrová repa, herbicídy, reziduálne pôsobenie

Úvod

V súčasnosti je evidentné narastanie záujmu pestovateľov o bezpečnosť používania pesticídov vo vzťahu nielen k jednotlivým zložkám prírodného prostredia, ale aj samotných kultúrnych rastlín. K dobru užívateľa poslúži, ak je informovaný napr. o perzistencii a mobilite pesticídu. Napr. ak je chemikália pomalá v odbúravaní a neodaktivuje sa v pôde, zvyšuje sa predpoklad znečistenia spodných vôd alebo dochádza k odtoku prípravku povrchovou vodou, prípadne môže dôjsť k reziduálnemu poškodeniu následne pestovaných plodín. Výsledkom sú toxické chemikálie na neželanom mieste, resp. v neželanom čase. Pre konkrétne pestovateľské podmienky však nanešťastie neexistujú jednoduché a jednoznačné odporúčania, keďže samotný environment je veľmi komplikovaný. V predkladanej práci sú poskytnuté cielené údaje a snáď budú objasnené aspoň niektoré faktory vplývajúce na riziko poškodenia repy cukrovej ako následnej, prípadne náhradnej plodiny. Cieľom práce je byť príspevkom k rozšíreniu poznatkov v tejto oblasti, a dúfame tiež pomôckou pri hodnotení konkrétnych situácií.

Materiál a metody

Práca je syntézou informácií o biologickej účinnosti herbicídnych prípravkov poskytovaných “Metodickou príručkou na ochranu rastlín” (Kohaut, 2001) a ich vybraných fyzikálnych a chemických parametrov, ktoré charakterizujú ich pretrvávanie v prírodnom a najmä pôdnom prostredí (Toth, 2001).

Výsledky

Riziko, ktoré pri používaní pesticídov bezpochyby vzniká nemôžeme zanedbať ani generálne dramatizovať, ako sa to v poslednom čase pomerne často v populárno-vedeckých publikáciách stáva. Na začiatku treba pripomenúť, že časť prípravkov sa v pôde činnosťou pôdnej mikrofauny rýchlo rozkladá a ich použitie z hľadiska zdravotného stavu pôdy nie je také povážlivé. Najväčšie problémy sú s tými ochrannými prostriedkami, ktoré pretrvávajú v prírodnom prostredí dlhšie.

Časom sa pesticídy rozložia, alebo sa premiestňujú z miesta aplikácie. Únik pesticídu zahrňuje pohyb smerom k spodnej vode, povrchovej vode, do atmosféry, či prenos rastlinami a živočíchmi, ktoré sa premiestňujú. Rozklad a únik prebiehajú súčasne. Vo väčšine prípadov tieto dva procesy spolu určujú rozptýlenie pesticídu.

Pretrvávanie pesticídov v pôde závisí nielen od chemického zloženia prípravkov, ale aj od fyzikálnych, chemických a biologických vlastností prostredia. Môže trvať niekoľko dní až niekoľko rokov. Popri biologickej účinnosti a selektivite pesticídov je perzistencia jednou z najdôležitejších vlastností limitujúcich exploatáciu chemických prípravkov. Medzi najdôležitejšie faktory ovplyvňujúce perzistenciu pesticídov v pôde patria: adsorpcia na pôdnych koloidoch, vyplavovanie z pôdy, vodná a veterná erózia, vyparovanie, mikrobiálny rozklad, chemická degradácia, fotodegradácia a odbúravanie rastlinami.

Faktory vplývajúce na perzistenciu pesticídov v pôde je možné rozdeliť na:

- základné (teplota a vlhkosť pôdy),

- doplňujúce (mineralogické a mechanické zloženie pôdy, obsah a frakčné zloženie humusu, pH pôdy, druh pestovanej kultúry a jej agrotechnika),

- indiferentné (stupeň nasýtenia pôdy bázami, obsah makroživín a mikroelementov).

Takéto rozdelenie nie je jednoznačné a význam jednotlivých faktorov záleží od konkrétnych pôdno-klimatických podmienok. Kým na pôdnom povrchu prevládajú fyzikálne (rozhranie vzduch - pôda), v pôdnom profile sú dominantné chemické a biologické spôsoby odbúrania.

Perzistencia

Z hľadiska účinku pesticídov na životné prostredie je dôležitý čas, počas ktorého si pesticídy zachovávajú toxické vlastnosti (perzistencia ich reziduálnych účinkov, čas rozpadu pesticídov). Dĺžka pobytu pesticídu v prostredí je určená jeho odolnosťou k rozkladu. Všetky pesticídy sa v prostredí premieňajú na nové formy zlúčenín. Je veľa spôsobov, ktorými môžu pesticídy reagovať, ale najčastejšie reagujú s kyslíkom (oxidácia) alebo s vodou (hydrolýza). Navyše všetky pesticídy sa v podstate rozkladajú v prítomnosti slnečného žiarenia, najmä na povrchu pôdy a rastlín. V pôde, sedimentoch a vodných systémoch sú za rozklad pesticídov prvotne zodpovedné mikroorganizmy, hoci pre niektoré pesticídy je dôležitá chemická degradácia. Niektoré pesticídy môžu vstúpiť koreňmi rastlín alebo listami a rozložiť sa rastlinným metabolizmom. Treba zdôrazniť, že aj rovnaké pesticídy majú v rozličnom prostredí výrazné rozdiely v perzistencii, pretože ich odbúravanie záleží od viacerých fyzikálnych, chemických i biologických činiteľov.

Perzistencia teda referuje o časovom rozsahu, v ktorom sa chemikálie v environmente odbúravajú. Problematiku perzistencie pesticídov je potrebné hodnotiť z viacerých, minimálne však z dvoch, aspektov. Jej pozitívnou stránkou je schopnosť zachovať si na určité obdobie biologickú účinnosť, čím sa zníži počet ošetrení, aplikované dávky a zvýši sa ekonomická efektívnosť chemickej ochrany. Negatívnou stránkou perzistencie je vytváranie podmienok pre možnosť transferu rezíduí do pestovaných plodín, a tým aj do potravového reťazca. Ďalšou negatívnou stránkou perzistencie pesticídov je, že rezíduá aplikovaných pesticídov môžu v ďalšom vegetačnom období poškodiť následne pestované plodiny.

Koncentráciu aplikovaných pesticídov môže znížiť:

výpar - menší obsah vody a vyššia teplota podporujú výpar pesticídov, zvýšená sorpčná kapacita pôdy pôsobí opačne. Výparom sa pesticíd rozširuje na veľmi krátke vzdialenosti a potom je rozviaty vzduchom. Hladina prchavosti je determinovaná odparovacím tlakom pesticídu (ktorý je funkciou chemických vlastností pesticídov a teploty) a rozsahom sily, ktorou je pesticíd pútaný na rastline či povrchu pôdy. Pri ideálnych podmienkach má každý pesticíd charakteristickú tendenciu stať sa plynom, ktorý sa volá tlak pár. Ďalším parametrom, ktorý popri tlaku pár určuje prchavosť pesticídu je Henryho konštanta. Vyjadruje tendenciu výparu z vodného roztoku do atmosféry. Niekedy je táto hodnota meraná, zvyčajne však ide o podiel súčinu tlaku pár (v mPa) a molekulovej hmotnosti delené rozpustnosťou vo vode (v mg.l-1).

účinok žiarenia - značná časť pesticídov je v podstate fotolabilná. V atmosfére je väčšina pesticídov rozložená rýchlou reakciou s kyslíkom alebo voľnými radikálmi pri katalýze svetlom (nepriama fotolýza). Tie, ktoré pretrvávajú môžu prekonávať v atmosfére dlhšie vzdialenosti. Ak je zdrojom odbúravania slnečné svetlo, ktoré môže tiež rozkladať pesticídy, hovoríme o priamej fotolýze. K faktorom ovplyvňujúcim fotodegradáciu pesticídov zahrňujeme intenzitu slnečného žiarenia, dĺžku expozície, spôsob aplikácie a chemické vlastnosti pesticídov. Za vhodných podmienok sa týmto spôsobom rozkladajú napr. herbicídy syntetizované na báze močoviny, látky triazínového radu, substituované uracily rozkladajú napr. herbicídy.

vertikálny pohyb vody - v pôdnom profile spôsobuje translokáciu, alebo úplné vymytie pesticídnych látok. Priamym následkom vymývania pesticídov je znečistenie spodných vôd, kde môžu pesticídy pretrvávať i niekoľko rokov. Vo vode prebieha rozklad zvyčajne hydrolýzou, ktorá je často ovplyvnená hodnotou pH. Schopnosť pesticídov premiestňovať sa v pôde závisí od množstva faktorov a je úplne subjektívna. Faktory redukujúce pohyblivosť zahrňujú dobrú pôdu s vysokým obsahom organickej hmoty a hustým rastlinstvom. Pohyblivosť pesticídov je vyššia v chudobnej pôde. Najpohyblivejšie sú pritom tie pesticídy, ktoré sú vo vode vysoko rozpustné, s dlhým polčasom rozpadu, ale zároveň sú na pôdu viazané iba slabo. Pre vyjadrenie relatívnej mobility aktívnych zložiek rozdielnych pesticídov sa vo väčšine prípadov používa GUS index. Ide o empiricky odvodenú hodnotu, kalkulovanú na základe perzistencie (polčas rozkladu) a sorpčného koeficientu. Prezentované údaje o mobilite pesticídov sú teoretické. Reálne údaje môžu byť rozdielne. Napr. pesticídy aplikované na hustý porast obilnín rastúceho na dobre zásobenej pôde budú menej prenikať alebo pohybovať sa ako aplikované na piesočnatú pôdu so slabým vegetačným krytom. Pri mobilite pesticídov zohráva svoju úlohu veľa iných faktorov, spomedzi ktorých je záverom potrebné pripomenúť povrch pôdy, svahovitosť, blízkosť vody, množstvo aplikovaného herbicídu, teplotu a vlhkosť prostredia, atď.

vodná a veterná erózia - spôsobujú únik pesticídov do povrchových vodných tokov a nádrží, kde môžu zhoršiť pitnú, produkčnú a taktiež rekreačnú hodnotu vody. Niektoré pesticídy sú vo vode viac rozpustné ako ostatné. Vysoko rozpustné pesticídy sú náchylné k premiestňovaniu sa z pôdy jednak v odtekajúcej vode (zmytie z pôdy odtokom) alebo prenikaním cez pôdu (smerom ku koreňovej zóne s príjmom vody, ale aj do nižších pôdnych vrstiev). Poškodenie susedných parciel horizontálnym pohybom pesticídov pripadá do úvahy pri vodnej a veternej erózii (najmä zmytím pri herbicídoch aplikovaných na povrch nerovného terénu, navyše bez rastlinného krytu).

Popri sorpcii má na úbytok rezíduí z pôdy výrazný vplyv vyplavovanie, ktoré je závislé najmä od rozpustnosti pesticídov vo vode a sorpčných vlastností pôdy i pesticídov samotných. Rozpustnosť vo vode je determinovaná množstvom pesticídu, ktoré sa rozpustí v známom množstve vody a je obyčajne vyjadrená v gramoch až mikrogramoch na liter vody (g/l, mg/l, ěg/l, resp. ppm, ppb). Väčšina prezentovaných údajov bola zistená pri izbovej teplote 20-25°C a neutrálnom pH. Zmenou týchto faktorov sa výrazne mení rozpustnosť väčšiny pesticídov. Vyššia rozpustnosť znamená väčšie množstvo rozpustených pesticídov. Popri rozpustnosti vo vode je z pohľadu celkového osudu pesticídov v prírodnom prostredí dôležitá aj rozpustnosť v organických rozpúšťadlách. Táto sa zvyčajne udáva indexom Kow (distribučný koeficient), ktorého hodnoty sú zvyčajne prezentované ako logP, resp. pKow. Ide o záporný dekadický logaritmus podielu rozpustnosti pesticídu v oktanole a vo vode. Hodnoty tohto parametra indikujú určitý potenciál k bioakumulácii, ale taktiež k pohyblivosti v environmente.

aktivita mikroorganizmov a chemické reakcie v pôde - vedú často k detoxikácii alebo k úplnej deštrukcii pesticídov v závislosti od ich chemického zloženia a fyzikálneho stavu. K hlavným faktorom vplývajúcim na intenzitu mikrobiálnej degradácie patria obsah a kvalita organickej hmoty, vlhkosť a teplota pôdy, prevzdušnenie, pH pôdy a obsah živín. Aktivita mikroorganizmov je vysoká v teplej, vlhkej pôde s neutrálnym pH. Mikroorganizmy sa svojou biochemickou aktivitou na odbúravaní pesticídov podieľajú spomedzi všetkých činiteľov najvýraznejšie. Popri mikrobiálnej ceste odbúravania o chemickej degradácii pesticídu hovoríme vtedy, ak je táto spôsobovaná reakciou pesticídu s vodou, kyslíkom alebo inými chemikáliami v pôde. Ak sa pH pôdy posúva k extrémne kyslým či alkalickým hodnotám, mikrobiálna aktivita zvyčajne klesá, zároveň však takéto podmienky môžu viesť k zvýšeniu intenzity chemickej degradácie.

sorpcia pesticídov v pôde - často znižuje ich biologickú účinnosť a aktivitu, ovplyvňuje ich pohyblivosť v pôde, dostupnosť pre mikroorganizmy a chemický rozklad. Stupeň sorpcie a pevnosť sorpčnej väzby závisí od fyzikálno-chemických vlastností pesticídov a sorbentov. Najvýznamnejšie sorbenty sú ílové minerály a humusové látky. Sorpcia pesticídu klesá so vzrastajúcim obsahom vody v pôde a stúpa s rastom teploty. Pôdy s vyšším obsahom organickej hmoty alebo ílu smerujú k vyššej sorpcii a piesočnaté pôdy s nízkym obsahom organickej hmoty strácajú sorpčnú schopnosť. Takže vyšší obsah organickej hmoty v pôde znamená vyššiu sorpčnú schopnosť pôdy a tým zníženie pravdepodobnosti, že pesticíd bude z miesta aplikácie premiestnený. Sorpcia retarduje pohyblivosť a môže tiež prispieť k zvýšeniu perzistencie, pretože sorbovaný pesticíd je chránený pred degradáciou. Stupeň sorpcie pesticídu je často prezentovaný podielom množstva pesticídu v pôdnej vode a množstva sorbovaného v alebo na pôdnych časticiach (formám a mechanizmom sorpcie sa pre obmedzený priestor nevenujeme). Tento koeficient sa nazýva adsorpčný koeficient (Kd) (v starších prácach sa tiež uvádza ako distribučný koeficient). Vyššie hodnoty Kd indikujú vyšší sorpčný potenciál a znamenajú vyššie množstvo sorbovaného pesticídu.

príjem koreňovým systémom - z pôdy do pletív vyšších rastlín, kde sa buď akumulujú, alebo metabolicky pretvárajú. Pesticídy prijaté rastlinami neunikajú do atmosféry alebo spodnej či povrchovej vody, ale pri zbere rastliny môžu niektoré pesticídy meniť polohu s rastlinami. Množstvo pesticídov v pôde síce ubúda, ale na druhej strane vzniká riziko, pretože ľudia a zvieratá konzumujú rastliny aj s uloženými pesticídmi alebo ich toxickými derivátmi. Z tohto pohľadu je dôležité pripomenúť, že človek je na vrchole potravového reťazca.

Všeobecne platí zásada, že čím dlhšie časové obdobie uplynie od aplikácie, tým menšie množstvo pesticídu sa v pôde prípadne rastline nachádza.

Z environmentálneho pohľadu je výhodnejšie čím rýchlejšie odbúravanie. Samozrejme za predpokladu, že produkt rozkladu je menej toxický ako pôvodná chemikália, čo platí síce vo väčšine prípadov, avšak nie vždy.

V dôsledku vysokej perzistencie herbicídov sa znižuje pôdna úrodnosť a preto sa vyvíjajú intenzívne snahy vyrábať také herbicídy, ktoré sa v pôde odbúravajú v primeranom časovom rozsahu.

Polčas rozkladu

Perzistencia pesticídu je zvyčajne indikovaná termínom “polčas rozkladu”. Polčas rozkladu je vlastne typická dĺžka potrebná na odbúranie polovice aplikovaného množstva na základné substancie. Pre pesticídy sa polčas rozkladu zvyčajne udáva v dňoch, ak ide o veľa dní tak v mesiacoch, prípadne v rokoch. Ak má pesticíd napr. polčas rozkladu 30 dní, tak 30 dní po aplikácii klesne hladina účinnej látky na polovicu pôvodného množstva. Po 60 dňoch to bude štvrtina, atď. V skutočnosti ale rozpad neprebieha presne podľa tejto formuly. Napriek tomu je polčas rozpadu stále najlepším vyjadrením perzistencie, najmä pre účely porovnania. Z údajov je jasné, ako dlho budú rezíduá prítomné v pôde prípadne v rastlinách. I keď miestne podmienky, ako klíma a pôdny typ, majú dôležitý až určujúci význam na reálny polčas rozkladu pesticídov v pôde, informácie o priemerných hodnotách polčasu rozpadu sú užitočné pre opis vzťahov a úrovne rozkladu rozdielnych pesticídov.

Za celkovú perzistenciu sa má považovať obdobie štyroch polčasov rozkladu, kedy dôjde k rozkladu približne 90 % pesticídu a 10 % je ešte prítomných v sledovanom substráte. Upozorňujeme, že s mylnými interpretáciami týchto vzťahov sa v praxi stretávame pomerne často. Perzistencia je niekedy zamieňaná tiež s ochrannou dobou. Podľa rôznych autorov v jednotlivých skupinách nebývajú zaradené vždy tie isté pesticídne látky, čo platí aj o ďalších nižšie opisovaných parametroch. Ide hlavne o dôsledok výrazného vplyvu agroekologických podmienok na perzistenciu. Preto je potrebné vedieť, že uvádzaná hodnota polčasu rozkladu je akousi strednou, teda približnou, hodnotou so značnou variabilitou.

Nakoniec špecifický prípad

S pomalšou mineralizáciou, vyššou sorpciou, menším vertikálnym odtokom a tým samozrejme vyššou perzistenciou a možným reziduálnym vplyvom relatívne fotostabilných pesticídov na následne pestované plodiny je potrebné kalkulovať pri bezorbových technológiách až priamej sejbe do nezoranej pôdy. Spracovanie pôdy má dôležitý význam nielen pri samotnom rozptyle pesticídov v ornici, ale pôsobí na celý rad faktorov ovplyvňujúcich celkovú perzistenciu chemikálií. Napriek faktu, že takéto technologie sú pri pestovaní cukrovej repy menej realizovateľné, z aspektu rezíduí aplikovaných herbicídov v osevnom slede s minimalizovanou agrotechnikou sa kumulatívny efekt môže prejaviť práve v cukrovej repe ako následnej či náhradnej plodine.

Tabulka 1: Zoznam účinných látok a kombinácií herbicídov, na ktorých použitie je cukrová repa ako následná plodina, resp. náhradná plodina vysoko citlivá

Tabulka 2: Zoznam účinných látok a kombinácií herbicídov, na ktorých použitie je cukrová repa ako následná plodina, resp. náhradná plodina citlivá

Kow (logP) - distribučný koeficient, Molek. hmotnosť - molekulová hmotnosť, Henryho konštanta (Pa.m3.mol-1), Fotolýza na povrchu pôdy a vody (zvyčajne sa udáva počtom dní, za ktorý nastane fotolýza polovice množstva (alebo recipročne), ak je to iná časová jednotka je uvedená, príklady: 21 d = za 21 dní sa royloží polovica množstva; 0,097 = za jeden deň hydrolyzuje 9,7 % množstva,), Polčas rozkladu (v dňoch, ak ide o inú časovú jednotku je uvedená), Rozpustnosť (v ppb), Sorpčný koeficient (zvyčajne sa udáva v Koc, ak ide o iný koeficient je uvedený), Mobilita (klasifikácia podľa GUS), Tlak pár (mPa), st - stabilný, nest - nestabilný, rel - relatívne, rap, rapid - rapídne, senz - senzitívny, u.v. - ultrafialové žiarenie, dec - rozklad, deg - degradácia, konv - konverzia, premena, d - deň, h - hodina, t - týždeň, min - minúta, m - mesiac, r - rok, nie - niekoľko, zanedb - zanedbateľný, nevyp - nevyparuje sa, ins - nerozpustný, p.ins - prakticky nerozpustný

Závěr

V poslednom období sme čoraz častejšie svedkami tej skutočnosti, že riziká, ktoré pri používaní pesticídov nesporne vznikajú sa buď všeobecne dramatizujú, alebo práve naopak zanedbávajú. K tvorbe predkladanej práce sa pristupovalo s úmyslom, že pochopenie environmentálnych procesov, ktoré vplývajú na perzistenciu, pohyblivosť, degradáciu a tým priamo či nepriamo na biologickú účinnosť chemikálií, môže zvýšiť efektivitu a bezpečnosť používania pesticídov ohľadne pestovania cukrovej repy ako následnej, alebo náhradnej plodiny. Je dôležité mať informácie o trvaní ochrannej clony, ktorá sa navyše často zamieňa s ochrannou dobou. Perzistencia pesticídu môže ovplyvniť výber následne pestovanej plodiny či nutnosť opakovania zásahu. Pre ilustráciu môžeme uviesť síce krajný, ale reálny predpoklad inhibície klíčenia až kompletného výpadku porastu založeného bezorbovým systémom na ťažkej pôde vplyvom inak štandardnej, avšak vysokoperzistentnej herbicídnej ochrany predplodiny. Pre konkrétne prípady nanešťastie neexistuje ľahká, jednoduchá a jednoznačná odpoveď a vo viacerých prípadoch údaje nie sú ani dostupné. Veríme, že predkladaná práca pomôže pri hodnotení príčinných súvislostí v konkrétnych situáciách a bude príspevkom k ekologizácii rastlinnej výroby a tým aj k ochrane životného prostredia. Práve tak, ako sa ukázalo pred niekoľkými desaťročiami, že bolo nesprávne preceniť chemickú ochranu a zanedbať ostatné spôsoby ochrany, bolo by dnes ešte väčšou chybou tento omyl zopakovať. Na druhej strane však nebude správne chemické prípravky nedoceňovať a to v každom aspekte ich použitia.

Použitá literatura

KOHAUT, P.: Metodická príručka pre ochranu rastlín, časť 1. AT Publishing, 2001, 224 s.

TOTH, S.: Osud pesticídov v prírodnom prostredí. JUROV, 2001, 80s.

Adresa autora