WPŁYW UPROSZCZEŃ W TECHNICE UPRAWY NA DEGRADACJĘ I TRANSPORT POZOSTAŁOŚCI W GLEBIE HERBICYDÓW Z GRUPY POCHODNYCH SULFONYLOMOCZNIKA

Transkrypt

1 Progress in Plant Protection/Postępy w Ochronie Roślin 48 (4) 2008 WPŁYW UPROSZCZEŃ W TECHNICE UPRAWY NA DEGRADACJĘ I TRANSPORT POZOSTAŁOŚCI W GLEBIE HERBICYDÓW Z GRUPY POCHODNYCH SULFONYLOMOCZNIKA JERZY SADOWSKI, TOMASZ SEKUTOWSKI Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa Państwowy Instytut Badawczy Orzechowa 61, Wrocław j.sadowski@iung.wroclaw.pl I. WSTĘP Wprowadzenie do praktyki rolniczej herbicydów pochodnych sulfonylomocznika na początku lat 80. było znaczącym postępem w zwalczaniu uciążliwych chwastów występujących w uprawach zbożowych. Równocześnie stale poszukuje się możliwości uproszczeń w technologii uprawy, np. uprawa bezorkowa. Zabiegi uprawowe mają podstawowe znaczenie dla warunków panujących w profilu glebowym. Ma to istotne znaczenie dla rozkładu i transportu w glebie substancji aktywnych herbicydów. Degradacja tych związków w glebie zachodzi w wyniku reakcji chemicznych i działalności mikroorganizmów glebowych. Równocześnie z rozkładem odbywa się transport herbicydu w głąb profilu glebowego. Właściwości fizykochemiczne substancji aktywnej oraz panujące w glebie warunki decydują o szybkości obydwu procesów. Rozkład substancji z grupy pochodnych sulfonylomocznika w glebie zachodzi w wyniku chemicznej hydrolizy i działalności mikroorganizmów glebowych. Herbicydy sulfonylomocznikowe w glebach o normalnej kulturze (o ph 6 i wyższym) znajdują się w postaci anionowej i przez to są słabo adsorbowane. W związku z tym mogą być wymywane w głąb profilu glebowego, np. pod wpływem silnego deszczu. Według badań Nichollsa i Evans (1985) oraz Walkera i wsp. (1989) chlorosulfuron szybko przemieszcza się w glebie podczas kilku pierwszych tygodni od aplikacji. Doniesienia literaturowe wykazują, że wolniejszy rozkład herbicydów sulfonylomocznikowych obserwuje się poniżej warstwy ornej, co tłumaczy się mniejszą aktywnością mikrobiologiczną w podglebiu (Mallory-Smith i wsp. 1993; Sarmah i wsp. 1999). Głębokość przenikania chlorosulfuronu nie jest ściśle określona, gdyż zależy od wielu czynników. Walker w swoich badaniach stwierdził, że śladowe ilości chlorosulfuronu przeniknęły do głębokości cm (po 63 dniach), choć zasadnicza część jego pozostałości znajdowała się w warstwie gleby do 25 cm. Ruchliwość w glebie zależy również od budowy chemicznej (Walker i wsp. 1989). Celem badań było określenie wpływu zabiegów uprawowych na przemieszczanie i rozkład w glebie substancji aktywnych pochodnych sulfonylomocznika stosowanych

2 1242 Progress in Plant Protection/Postępy w Ochronie Roślin 48 (1) 2008 do odchwaszczania pszenicy ozimej. Badano sulfosulfuron i amidosulfuron. Ocenę poziomu i rozmieszczenia pozostałości w profilu glebowym do głębokości 20 cm wykonano metodą biotestów. II. MATERIAŁ I METODY Doświadczenia polowe zostały założone i prowadzone w latach w Stacji Doświadczalnej IUNG PIB w Jelczu Laskowicach (woj. dolnośląskie). Doświadczenie zostało założone metodą losowanych podbloków w układzie split-plot z dwoma czynnikami (czynnik I herbicydy, czynnik II dwa sposoby uprawy roli) w 4 powtórzeniach, na poletkach o powierzchni 20 m 2 w pszenicy ozimej odmiany Kobra. Są to doświadczenia, statyczne (4-letnia monokultura), które zostały podzielone na dwie części różniące się technologiami uprawy (tab. 1): konwencjonalną (orkową) i uproszczoną (bezorkową). Dane agrotechniczne doświadczenia zamieszczono w tabeli 2. Tabela 1. Sposób uprawy roli Table 1. Tillage system Uprawa roli Soil cultivation Uprawa konwencjonalna (płużna) Plough tillage Uprawa uproszczona (bezpłużna) Simplified tillage Zabiegi uprawowe Cultivation treatments uprawa pożniwna gruber na głębokość 15 cm + wał strunowy stubble tillage ducfoot cultivator to the depth of 15 cm + cage roller uprawa podstawowa orka pługiem na głębokość 25 cm + brona basic of soil cultivation ploughing to the depth of 25 cm + harrow uprawa przedsiewna agregat uprawowy (kultywator + wał strunowy) pre-sowing soil tillage cultivation unit (cultivator + cage roller) uprawa pożniwna gruber na głębokość 15 cm + wał strunowy stubble tillage ducfoot cultivator to the depth of 15 cm + cage roller uprawa przedsiewna brona wirnikowa + wał strunowy pre-sowing soil tillage whirl harrow + cage roller Charakterystykę gleby podano tabelach 3a i 3b. Herbicydy aplikowano wiosną w pełni krzewienia rośliny uprawnej (22 24 BBCH) opryskiwaczem plecakowym Gloria ze stałym ciśnieniem roboczym 0,25 MPa, wyposażonym w rozpylacze płaskostrumieniowe typu TeeJet VS (tab. 4). Wydatek cieczy roboczej wynosił 200 l/ha. Badania zrealizowano zgodnie z zasadami zawartymi w Metodyce doświadczeń biologicznej oceny herbicydów, bioregulatorów i adiuwantów (Domaradzki i wsp. 2001). W trakcie trwania wegetacji pszenicy w poszczególnych latach badań, wykonywane były zabiegi zalecanymi w tej uprawie środkami chemicznymi, chroniącymi przed chorobami grzybowymi i szkodnikami. W wyznaczonych odstępach czasowych (0, 1, 2, 4, 6, 8 tygodni od chwili aplikacji herbicydu, oraz w momencie zbioru rośliny) z poletek doświadczalnych pobierano próbki gleby. Glebę pobierano oddzielnie z dwóch warstw (0 10 cm i cm). Pobrane próbki gleby posłużyły jako podłoże do założenia testów biologicznych. Bioindy-

3 Wpływ uproszczeń w technice uprawy 1243 katorem w testach była gorczyca biała odmiany Barka. Wszystkie biotesty prowadzono w warunkach szklarniowych. Temperaturę utrzymywano w granicach C, a wilgotność gleby na poziomie około 70% pojemności wodnej. Określano zmiany świeżej Tabela 2. Dane agrotechniczne doświadczenia Table 2. Agrochemical treatment descriptions Sezon wegetacyjny 2004/ / /2007 Vegetation seasons Rodzaj uprawy Tillage system Przedplon Preceding Odmiana Variety Norma wysiewu [kg/ha] Seeding rate [kg/ha] Typ gleby Soil type Gatunek gleby Texture class Klasa gleby Soil class u.k. u.u. u.k. u.u. u.k. u.u. pszenica ozima winter wheat pszenica ozima winter wheat Kobra 220 płowa grey-brown podsolic soil piasek gliniasty mocny na glinie lekkiej heavy loamy sand on light loam IIIb pszenica ozima winter wheat ph w KCl ph in KCl 5,6 5,7 5,7 5,4 Zawartość próchnicy [%] Organic matter [%] Nawożenie N/P/K [kg/ha] Fertilization N/P/K [kg/ha] u.k. uprawa konwencjonalna (orkowa) plough tillage u.u. uprawa uproszczona (bezorkowa) simplifield tillage 1,27 1,26 1,26 1, /100/ /100/ /100/150 Tabela 3a. Charakterystyki gleb Table 3a. Soil characteristics Rok Year Sposób uprawy roli Tillage system Procentowa zawartość frakcji mechanicznych Mechanical fraction contents [%] Φ [mm] 1,0 0,1 0,1 0,02 < 0,02 < 0,002 u.k u.u u.k u.u u.k. uprawa konwencjonalna (orkowa) plough tillage u.u. uprawa uproszczona (bezorkowa) simplifield tillage

4 1244 Progress in Plant Protection/Postępy w Ochronie Roślin 48 (1) 2008 Tabela 3b. Zasobność gleby w składniki pokarmowe Table 3b. Content of nutrients in the soil (crop winter wheat) Rok Year Sposób uprawy roli Tillage system ph w 1 n KCl in 1 n KCl C org. [%] Zawartość w mg/100g gleby Contents in soil mg/100g P K Mg u.k 5,6 0,75 15,0 22,5 8,8 u.u. 5,7 0,76 16,5 22,0 8,4 u.k. 5,7 0,73 17,2 22,4 9,1 u.u. 5,4 0,74 16,8 22,8 9,8 u.k. uprawa konwencjonalna (orkowa) plough tillage u.u. uprawa uproszczona (bezorkowa) simplifield tillage Tabela 4. Herbicydy Table 4. Herbicides Herbicyd Herbicide Substancja aktywna Active substance Termin aplikacji Date of application Dawka na ha Dose per ha Apyros 75 WG sulfosulfuron T-4 26,5 g Grodyl 75 WG amidosulfuron T-4 40 g T BBCH (pełnia krzewienia rośliny uprawnej) (full tillering of cultivated plant) i suchej masy roślin testowych w stosunku do obiektu kontrolnego (bez herbicydu). Ubytek suchej masy roślin dla próbek pobranych w dniu aplikacji herbicydu przyjmowano jako odpowiednik 100% początkowego stężenia herbicydu w glebie. W stosunku do tej wartości obliczano zmiany stężeń w glebie zachodzące w trakcie sezonu wegetacyjnego oraz w obydwu badanych warstwach gleby. III. WYNIKI I ICH OMÓWIENIE W celu możliwości oceny poziomu pozostałości w glebie wykonano serię biotestów, które posłużyły do określenia zależności stężenia substancji aktywnej herbicydu w glebie a odpowiadającymi im zmianami masy (świeżej i suchej) roślin testowych (rys. 1). Dla stężeń w zakresie 0,008 1 mg/kg była to zależność liniowa. Niższe stężenia obydwu badanych herbicydów (rzędu 0,001 0,0001 mg/kg) stymulowały wzrost roślin testowych. Mechanizm działania pochodnych sulfonylomocznika na rośliny polegający na hamowaniu biosyntezy trzech aminokwasów, a w efekcie hamowaniu wzrostu roślin sprawia, że już niskie stężenia tych związków wywołują redukcję masy roślin o kilkadziesiąt procent. Równocześnie ten sam mechanizm powoduje, że zmiany masy roślin ze wzrostem stężenia nie są zbyt gwałtowne. Na zamieszczonych wykresach widać, że nachylenie krzywych kalibracji ma niewielki kąt. Utrudnia to precyzyjne oszacowanie stężenia substancji aktywnej w glebie, a tym samym pomiar poziomu pozostałości. Metoda biotestu stosowana do oceny poziomu pozostałości pochodnych sulfonylomocznika w glebie pozwala wprawdzie wykrywać nawet śladowe stężenia tych substancji, ale możliwe jest jedynie oszacowanie rzędu wielkości pozostałości. Stężenia amido-

5 Wpływ uproszczeń w technice uprawy 1245 sulfuronu i sulfosulfuronu w powierzchniowej (do 10 cm) warstwie gleby w dniu stosowania herbicydów osiągały wielkość rzędu 0,020 mg/kg. W chwili zbioru pszenicy (około 13 tygodni od stosowania herbicydu) poziom pozostałości w glebie do głębokości 20 cm malał do wartości w granicach stężeń nie wykrywalnych do rzędu 0,002 mg/kg. Na przestrzeni trzech sezonów wegetacyjnych zdarzały się również przypadki występowania pozostałości w stężeniach wywołujących reakcję roślin testowych (0,002 mg/kg). Stężenie w glebie Concentration in the soil [mg/kg] Rys. 1. Zależność masy roślin testowych od stężenia amidosulfuronu i sulfosulfuronu w glebie Fig. 1. The dependence of test plants mass on the concentration in the soil of amidosulfuron and sulfosulfuron Nie stwierdzono istotnych różnic w poziomie pozostałości w zależności od sposobu uprawy roli. Obserwowano jedynie różnice w wielkościach pozostałości na koniec sezonu wegetacyjnego w zależności od przebiegu pogody w trakcie wegetacji (głównie od wielkości i rozkładu w czasie opadów atmosferycznych). Na proces zanikania substancji aktywnej składają się dwa zasadnicze elementy. Pierwszy to rozkład chemiczny i mikrobiologiczny, w trakcie którego następuje rozpad cząsteczek najpierw do metabolitów, z których część ma działanie biologiczne, a następnie do substancji prostych (woda, dwutlenek węgla, itp.). Drugim jest proces przemieszczania w głąb profilu glebowego. Obok wymienionych pamiętać należy o pobieraniu substancji czynnych przez rośliny uprawne i chwasty. W wyniku tych oddziaływań i procesów następuje spadek stężenia substancji aktywnych herbicydu w glebie. Wymienione tu procesy zachodzą z różną szybkością, jak również szybkość tych zjawisk jest zmienna w czasie.

6 1246 Progress in Plant Protection/Postępy w Ochronie Roślin 48 (1) 2008 Rys. 2. Dynamika zanikania w glebie amidosulfuronu i sulfosulfuronu (warstwa 0 10 cm) Fig. 2. Dynamics of amidosulfuron and sulfosulfuron decay of in the soil (layer 0 10 cm) Obserwując przebieg krzywych zanikania w warstwie gleby do głębokości 10 cm (rys. 2), można zauważyć pewne powtarzające się prawidłowości. Dotyczy to obu badanych substancji aktywnych. W pierwszych dwu tygodniach po aplikacji stężenie substancji aktywnej w tej warstwie gleby maleje do około 40% stężenia początkowego. Po tym czasie można zaobserwować spowolnienie spadku stężenia, a niekiedy obserwowany jest nawet wzrost zawartości substancji aktywnej w glebie. Spowodowane jest to dopływem herbicydu z powierzchni roślin uprawnych i chwastów.

7 Wpływ uproszczeń w technice uprawy 1247 Proces ten obserwowany jest do około 6 tygodni od stosowania herbicydu. W następnym okresie do momentu zbioru rośliny uprawnej (około 13 tygodni), stężenie w glebie systematycznie maleje i osiąga poziom rzędu 2 10%. Przebieg dynamik zanikania wskazuje, że w przypadku pełnej uprawy gleby, proces zanikania obydwu badanych substancji w warstwie do 10 cm był nieco wolniejszy niż w glebie uprawianej w sposób uproszczony. Jak już wspomniano integralną częścią zanikania herbicydu jest przemieszczanie w glebie. Na rysunku 3. przedstawiono dynamikę tego procesu (warstwa gleby cm). Rys. 3. Dynamika zanikania w glebie amidosulfuronu i sulfosulfuronu (warstwa cm) Fig. 3. Dynamics of amidosulfuron and sulfosulfuron decay of in the soil (layer cm)

8 1248 Progress in Plant Protection/Postępy w Ochronie Roślin 48 (1) 2008 Amidosulfuron i sulfosulfuron zaczynają docierać do tej warstwy już po tygodniu od ich zastosowania. W okresie kolejnych 3 tygodni obserwowany jest bardzo gwałtowny wzrost stężenia substancji aktywnych w tej warstwie gleby. W procesie migracji istotny wpływ wywiera sposób uprawy gleby. W zdecydowanej większości przypadków szybkość przenikania w głąb gleby była wyraźnie większa w glebie gdzie wykonano pełny zestaw zabiegów uprawowych. Narastanie stężenia w tej warstwie gleby obserwowano do około 5 tygodni po zastosowaniu herbicydów. Po tym czasie następował spadek stężenia w tej warstwie spowodowany dalszym transportem w głąb profilu glebowego i degradacją substancji aktywnych. W chwili zbioru rośliny uprawnej stężenie w tej warstwie gleby sięgało 2 3% stężenia. Porównując szybkość zanikania badanych substancji aktywnych, można zauważyć, że chociaż charakter przebiegu dynamik zanikania sulfosulfuronu i amidosulfuronu był bardzo podobny, to zanikanie sulfosulfuronu w porównaniu do amidosulfuronu w warstwie gleby do głębokości 10 cm było nieco wolniejsze. Również szybkość migracji tego związku w głąb profilu glebowego była mniejsza. Do głębszych warstw gleby docierało również nieco mniej tej substancji (około 5% w porównaniu do amidosulfuronu). Obserwowane różnice szybkości migracji badanych substancji potwierdzają doniesienia literaturowe na wpływu budowy związku na jego zachowanie w środowisku (Walker i wsp. 1989). Uzyskane wyniki wskazują, że rodzaj zabiegów uprawowych wpływa na szybkość i skalę transportu herbicydu w glebie. Uprawa pełna powoduje rozluźnienie struktur gleby i ułatwia przemieszczanie substancji aktywnej w głąb profilu glebowego. Do głębszych warstw dociera też nieco więcej herbicydu. Uproszczenia w uprawie powodują zwiększenie zwartości gleby, co powoduje spowolnienie procesów transportu w głąb gleby. Jest to widoczne w pierwszym okresie (do 6 tygodni) po aplikacji herbicydu. Jednocześnie większa zwięzłość gleby ułatwia stabilizację wilgotności, co w okresach suszy sprawia korzystniejsze warunki transportu w głąb profilu glebowego. IV. WNIOSKI Przeprowadzone w przeciągu trzech sezonów wegetacyjnych badania i uzyskane w nich wyniki pozwalają na ocenę wpływu zabiegów uprawowych na zachowanie się w glebie amidosulfuronu i sulfosulfuronu. Uzyskane rezultaty badań pozwalają na wyciągnięcie następujących wniosków: 1. Poziom pozostałości w glebie w momencie zbioru pszenicy osiąga przeciętnie wartość rzędu 0,002 mg/kg. Taki poziom pozostałości może stwarzać zagrożenia upraw następczych w płodozmianie. 2. Uproszczenia w uprawie nie wpływają w istotny sposób na poziom pozostałości w warstwie gleby do głębokości 20 cm. 3. Badane substancje przemieszczają się szybko do głębszych warstw gleby. Po 2 tygodniach od zastosowania w na głębokości cm, znajduje się ponad 20% substancji aktywnej herbicydu. 4. Stężenie obu substancji aktywnych w warstwie gleby cm wzrasta w ciągu 5 tygodni od aplikacji.

9 Wpływ uproszczeń w technice uprawy Sposób uprawy gleby ma istotne znaczenie dla szybkości i skali przemieszczania herbicydów w głąb gleby. W glebie, na której wykonywano komplet zbiegów uprawowych szybkość przenikania do głębszych warstw jest większa. 6. Szybkość zanikania i transportu w profilu glebowym amidosulfuronu była nieco większa w porównaniu do sulfosulfuronu. V. LITERATURA Domaradzki K., Badowski M., Filipiak K., Franek M., Gołębiowska H., Kieloch R., Kucharski M., Rola H., Rola J., Sadowski J., Sekutowski T., Zawerbny T Metodyka doświadczeń biologicznej oceny herbicydów, bioregulatorów i adiuwantów. Cz. 1. Doświadczenia polowe. Wyd. IUNG, Puławy, 167 ss. Mallory-Smith C.A., Pestemer W., Rahman A., Nordmeyer H A bioassay technique to study the leaching behaviour of sulfonylurea herbicides in different soils. Weed Res. 33: Nicholls P.H., Evans A.A Adsorption and movement in soils of chlorsulfuron and other weak acids. The BCPC Conference Weeds 1: Sarmah A.K., Kookana R.S., Alston A.M Degradation of chlorsulfuron and triasulfuron in alkaline soils under laboratory conditions. Weed Res. 39: Walker A., Cotterill E.G., Welch S.J Adsorption and degradation of chlorsulfuron and metsulfuron-methyl and triasulfuron. Weed Sci. 29: JERZY SADOWSKI, TOMASZ SEKUTOWSKI THE INFLUENCE OF SIMPLIFICATIONS IN SOIL TILLAGE ON DEGRADACTION AND TRANSLOCATION OF SULFONYLUREA HERBICIDE RESIDUES SUMMARY Tillage treatments have fundamental significance for conditions prevalent in soil profile. The aim of the research was to evaluate tillage treatments influence on leaching and degradation in soil of herbicide active ingredients (derivatives of sulfonylurea) used for weed control in winter wheat crop. In the research two substances were tested: sulfosulfuron and amidosulfuron. The evaluation of concentration and distribution of residues in soil profile (depth to 20 cm) were done by a biotest. Based on the experiment results the influence of tillage treatments on distribution and transport of residues in soil were observed. Tillage reduction did not influence residue level in soil layer to 20 cm. In this layer the residue concentration amounted to in average mg/kg. In soil, where full tillage treatments were done, the speed of residues leaching into soil profile increased. The degradation and transport of amidosulfuron residues was faster than that for sulfosulfuron in all used tillage systems. Key words: amidosulfuron, sulfosulfuron, soil, degradation, tillage system