Министерство образования и науки Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
«МБОУ СОШ №6» а. Габукай
Теучежского района
Республики Адыгея
Изучение влияния гербицидов на культурные растения
Научно-исследовательская работа
Всероссийская олимпиада школьников по экологии
Выполнила:
Ученица 11 класса
Панеш Замира
Научный руководитель _______ учитель биологии Сташ Каплан Шабанович.
Майкоп 2012
Оглавление
Введение…………………………………………………………………………... Глава 1 Аналитический обзор литературы……………………………………… 1.1 Сорняки как вредные организмы культурных растений ……………... 1.2 Гербициды ……………………………………………………………… 1.3 Экологические последствия применения гербицидов……………….. Глава 2 Организация и методы исследования…………………………………... 2.1 Техника безопасности при работе с гербицидами ………………….. 2.2 Характеристика гербицида «Магнум» ………………………………… 2.3 Методика эксперимента………………………………………………… Глава 3 Результаты исследования ……………………………………………… 3.1 Влияние гербицида на семена яровой пшеницы……………………. 3.2 Влияние гербицида «Магнум» на семена фасоли обыкновенной…… Заключение………………………………………………………………………. Выводы…………………………………………………………………………….. Список использованной литературы…………………………………………….. | 3 6 6 7 9 11 11 11 12 14 14 15 17 18 19 2 |
Введение
Актуальность работы. Использование пестицидов – практически обязательный элемент технологи возделывания основных сельскохозяйственных культур. Однако высокое насыщение их химическими средствами, характеризующимися различной персистентностью, метаболизмом в почвах и вегетирующих растениях, заметно сказывается на физиолого-биохимических процессах роста и развития возделываемых культур, качестве урожая, состоянии наземных и подземных вод, плодородии почвы. В тоже время оценка и выбор оптимального сочетания химических препаратов при их комплексном применении часто ограничены основным критерием – получаемой прибавкой урожая. Несоблюдение регламента применения пестицида может пагубно отразиться на всем агроценозе, пострадают не только вредные организмы, но и сельскохозяйственная культура. Учитывая многообразие прямого воздействия и последействия различных средств химизации и их сочетание на отмеченные процессы, следует подчеркнуть, что комплексное применение химических, агрохимических, биохимических, биологических, токсикологических методов исследований в настоящее время становится насущной необходимостью.
В последние годы вопросу защиты окружающей среды от различных загрязнений уделяется серьезное внимание и на исследования в этой области затрачиваются большие средства, что вполне понятно, так как состояние окружающей среды определяет будущее человечества, в том числе здоровье и продолжительность жизни и активной деятельности человека. В связи с этим современные пестициды, прежде чем они будут допущены до практического использования, проходят очень тщательное изучение их поведения в окружающей среде и разрабатываются рекомендации по их безопасному использованию.
Систематическое применение ядохимикатов приводит к их аккумуляции в почве и, как следствие, к поступлению данных ксенобиотиков в продукцию растениеводства. В этих условиях необходим систематический контроль за содержанием остаточных количеств пестицидов в почве, а так же за их влиянием на развитие сельскохозяйственных растений (Попова, 2009).
Целью работы: изучение влияния гербицида «Магнум» на культуру яровой пшеницы и фасоли обыкновенной, при условии нарушений регламента применения гербицида.
Задачи работы:
1. Установить влияние гербицида «Магнум» на всхожесть семян яровой пшеницы и фасоли обыкновенной.
2. Изучить влияние гербицида на ростовые процессы и фотосинтез растений пшеницы, при повышенных концентрациях препарата.
Объект исследования: культурные растения – яровая пшеница и фасоль обыкновенная.
Предмет исследования: Изучение влияния гербицидов на культурные растения (яровая пшеница и фасоль обыкновенная).
Научная новизна: результаты исследований способствуют дальнейшей разработке проблемы применения гербицидов в сельском хозяйстве. Был выявлен как стимулирующий, так и ингибирующий эффект различных концентраций изучаемого гербицида. Также полученные данные позволяют углубить теоретическое представление о влиянии гербицидов на культурные растения.
Теоретическая значимость исследования заключается в том, что полученные результаты расширяют представления об особенностях влияния гербицидов на культурные растения. Материалы исследовательской работы имеют теоретическое значение и дополняют сведения в области ботаники.
Научно-практическая значимость работы. Результаты исследования могут быть использованы в системе подготовки специалистов в области сельского хозяйства и внедрены в учебный процесс средних образовательных школ, биологических и агрономических вузов.
Апробация работы: результаты работы доложены на районной научно-практической конференции (а. Понежукай, 2014), республиканской XXIII научно-практической конференции по биологии, экологии и охране природы (г. Майкоп, 2011).
Объем и структура исследовательской работы. Научная работа объемом 19 страниц состоит из введения, 3 глав, заключения и выводов. В работе имеется список литературы, содержащий 5 источников. Научная работа иллюстрирована 6 таблицами и 9 рисунками.
Глава 1 Аналитический обзор литературы
1.1 Сорняки как вредные организмы культурных растений
Из 35 тысяч видов растений дикой природы культивируется примерно 150 видов, 15 из них занимают большую часть площади пашни. Наиболее распространенны злаковые, являющиеся объектом агроценоза.
Многолетние сорняки в большей мере развиваются на посевах позже убираемых культур (картофеля, кукурузы, сахарной свеклы), озимые и зимующие сорняки — в посевах озимых зерновых и многолетних трав второго года жизни, а ранние яровые интенсивно развиваются и плодоносят в посевах яровых зерновых. Для многолетних и двулетних сорняков особенно благоприятные условия создаются на полях многолетних трав.
Возделываемые культуры обладают разной конкурентной способностью к сорнякам в борьбе за свет, влагу и питательные элементы. Чем больше экологические требования сорняков совпадают с требованиями культурных растений, тем успешнее они развиваются в агроэкосистемах. Часть сорняков происходит из тех же мест, что и культурные растения, или из мест, через которые шло расселение культур; другие появились лишь в исторически недавнее время, наконец, значительная часть сорняков произошла от местных дикорастущих растений. Подавляющее число сорняков относятся к свободно живущим видам, засоряя все культурные посевы. Высокой конкурентоспособностью к сорнякам обладает озимая рожь, озимая пшеница, многолетние травы. В средней степени это свойство выражено у ячменя, овса, люпина, кукурузы. Слабо противостоят сорнякам яровая пшеница, лен, картофель, сахарная свекла. При возрастании сорняков с 5 до 500 штук на 1 м², урожайность пшеницы снижается на 63% , льна на 53%, сахарной свеклы – на 86%.
На засоренных полях получают зерно невыполненное и с плохими хлебопекарными качествами. Примесь семян гречихи татарской и костра ржаного в зерне придает муке черный цвет, такая мука быстро портится.
Хлеб, испеченный из такой муки, быстро черствеет. Семена ярутки полевой придают муке горький вкус и делают ее несъедобной.
Многие широкораспространенные сорняки (горчица полевая, вьюнок полевой, ярутка, хвощ, белена, паслен) являются ядовитыми и опасными для человека и животных.
Имея мощную корневую систему, сорняки (марь белая, щирица запрокинутая, щетинники, бодяк, просо куриное) поглощают огромное количество воды, в 1,5 – 2 раза больше, чем культурные растения, в результате на засоренных полях влажность снижается на 2-5 % (прогноз).
Для создания сухого вещества пшеница потребляет из почвы – 460 – 510 л воды, овес – 600, а марь белая, щирица, бодяк – 800 – 1200 л, пырей ползучий – 1100 -1200 л воды. Вместе с влагой сорняки поглощают из почвы и питательные вещества, необходимые для культурных растений (Воробьев, 1991).
В борьбе с сорняками особенно велика роль вспашки, эффективность которой зависит от сроков проведения и глубины обработки. Запаздывание с глубокой обработкой почвы приводит к тому, что сорняки развивают мощную корневую систему, запасают больше пластических веществ, что затрудняет борьбу с ними. Уничтожение и подавление сорняков одними агротехническими способами не всегда дает желаемые результаты. Поэтому для подавления и уничтожения многих видов сорняков используют гербициды. В практике земледелия агротехнические, биологические и химические методы борьбы с сорняками должны применяться в комплексе.
При переходе на «беспахотную» систему земледелия засоренность посевов усиливается, поэтому систематическое применение гербицидов позволяет поддерживать допустимый уровень засоренности посевов (Кирюшин, 1988).
1.2 Гербициды
Гербициды (herbum, herbi – трава) – это препараты для уничтожения нежелательной травянистой (сорной, ядовитой) растительности.
В зависимости от свойств различают гербициды сплошного и избирательного действия. Гербициды сплошного действия применяют для уничтожения всех растений на площадях, где нет посевов: на обочинах шоссе и железных дорог, оросительных каналах, спортивных площадках. Гербициды избирательного действия, или селективные, уничтожают одни виды растений, но не поражают другие. Селективные гербициды можно применять в посевах почти всех культурных растений. При правильном выборе препарата, нормы его расхода, сроков обработки и способа внесения можно подавить многие сорняки и не повредить при этом культуру (Попова, 2009).
В основном поля Теучежского района имеют смешанный тип засоренности, поэтому применение одного препарата не позволяет справиться со всем спектром сорняков. Наиболее безопасными считаются производные сульфанилмочевины. Обладая низкими нормами расхода (5-30 г действующего вещества на гектар) они подавляют практически весь спектр широколиственных сорняков, действуя как через листовую поверхность, так и через корневую систему.
Против злаковых сорняков (овсюг, мышей, куриное просо) в посевах зерновых необходимо применять такие препараты как ГРАСП, ТОПИК, ПУМА-СУПЕР 100, ПУМА-СУПЕР 7,5. Препарат ГРАСП применяется против овсюга в посевах пшеницы и ячменя. ПУМА-СУПЕР 100 применяется только в посевах пшеницы, а ПУМА – СУПЕР 7,5 по пшенице и ячменю. Самый эффективный гербицид на картофеле – ЗЕНКОР. Меняя дозы можно обрабатывать растения, как до всходов, так и после. Соя очень сильно угнетается сорняками. Против однолетних двудольных сорняков рекомендуется БАЗАГРАН, ХАРМОНИ. ХАРМОНИ может уменьшить рост растений, но число бобиков на растении не снижается. Для обработки капусты, столовой свеклы, моркови, лука против злаковых сорняков имеются эффективные препараты – БАГИРА, ПАНТЕРА, ФУРОРЕ – СУПЕР (Чулкина, 2000).
1.3 Экологические последствия применения гербицидов
Продолжающаяся во всем мире интенсивная химизация сельского хозяйства приводит к тому, что ежегодно в биосферу планеты – среду обитания всего живого, включая человека, - поступает большое количество различных чужеродных химических веществ (ксенобиотиков), в том числе и пестицидов. Поэтому проблема охраны окружающей среды от химических загрязнителей (поллютантов) приобрела большое значение.
В зависимости от степени проявления побочных факторов при воздействии на окружающую среду, пестициды можно разделить на три группы: 1. Развитие устойчивых вредных организмов к пестицидам. Она связана со стойкостью и накоплением остатков пестицидов и обусловлена сменой популяций в результате перехода от чувствительных особей к устойчивым организмам того же вида вследствие отбора, вызванного воздействием пестицида. 2. Влияние пестицидов и их остатков на растения, животных и окружающую среду (повреждение и изменение растений, изменение в составе микрофлоры, гибель млекопитающих, птиц, рыб или полезных насекомых). 3. Накопление и передача по цепям питания. Остатки пестицидов в окружающей среде могут быть поглощены растениями или животными организмами, которые в свою очередь, потребляются более крупными животными, и в которых концентрация пестицидов возрастает. Это ведет к накоплению их в пище и последующему потреблению человеком (Попова, 2009).
Циркуляция пестицидов может происходить по следующим схемам:
1. воздух — растения — почва — растения — травоядные животные — человек;
2. почва — вода — зоофитопланктон — рыба — человек.
В зависимости от скорости разложения пестицида в окружающей среде их классифицируют на: очень стойкие — разлагаются более 2 лет; стойкие — 0,5–2 года; умеренно стойкие — 1–6 мес.; малостойкие — в течение месяца.
Группа производных сульфанилмочевины (гербициды) очень разнообразна по биологической активности и скорости разложения. Из применяемых наиболее стоек хлорсульфурон. Наименее стоек тифенсульфурон – метил (Хармони), который разлагается в считанные дни.
Хлорсульфурон содержат такие препараты как ГЛИН, ДИФЕЗАН, КРОСС, КОВБОЙ, ЛЕНОК, ФЕНФИЗ. Он может действовать в почве несколько лет, ограничивая возможности возделывания чувствительных (двудольных) культур в севообороте. Быстрое разложение хлорсульфурона происходит в благоприятных почвенно – климатических условиях (путем микробиологического распада) и на кислых почвах.
Менее стойкие, чем хлорсульфурон препараты на основе метсульфурон – метила. Это ЛАРЕН, ГРЕНЧ, МАГНУМ, РОМЕТСОЛЬ. Тем не менее, с ними тоже нужно обращаться как со стойкими пестицидами (Кирюшин, 1988).
Гербициды способны оказывать токсическое действие на культурные растения. Признаки действия препаратов могут быть различными: снижение всхожести, уменьшение накопления сухого вещества, хлорозы листьев, искривление стеблей, угнетение роста и развития, накоплению остаточных количеств в урожае и т. д. Среди растений нет ни одной систематической группы (класс, семейство, род), в пределах которой все представители были бы одинаково устойчивы к гербицидам. В целом гербициды проявляют большую избирательность действия по отношению к защищаемым растениям, что позволяет применять их для защиты от вредных организмов (Чулкина, 2000).
Глава 2 Методы исследования
2.1 Техника безопасности при работе с гербицидами
Гербициды — это ядовитые вещества, требующие осторожного использования со строгим соблюдением правил техники безопасности.
• При попадании препарата в глаза — промыть проточной водой в течение 20 минут.
• При попадании препарата на кожу — смыть проточной водой либо снять загрязнение ватой или куском ткани (не втирая) и затем смыть водой с мылом.
• При отравлении через дыхательные пути — вывести пострадавшего на свежий воздух и немедленно обратиться к врачу.
• При заглатывании — дать пострадавшему выпить 2 стакана воды и вызвать рвоту, повторить процедуру несколько раз.
До прибытия врача необходимо уложить пострадавшего в удобном положении в теплом месте. Лечение симптоматическое. Специальных антидотов нет. В случае необходимости проконсультироваться в токсикологическом центре
Работа проходила на базе Габукайской МБОУ СОШ №6. Для приготовления раствора использовалась химическая посуда. Эксперимент проводили, используя средства индивидуальной защиты: очки, респиратор, перчатки, одежду из х/б ткани.
2.2 Характеристика гербицида «Магнум»
Назначение: гербицид избирательного действия для борьбы с однолетними и некоторыми многолетними двудольными сорняками в посевах зерновых.
Период защитного действия: препарат обеспечивает защиту посевов в течение всего вегетационного сезона.
Скорость воздействия: в теплых влажных условиях действие Магнума проявляется в течение 5-10 дней. В холодных сухих — отчетливые признаки угнетения сорняков могут проявиться через 15-20 суток.
Фитотоксичность: при соблюдении регламентов применения препарат не фитотоксичен для зерновых культур.
Рекомендации по охране полезных объектов флоры и фауны: препарат практически не токсичен для дождевых червей, почвенных организмов, птиц, млекопитающих. Малоопасен для пчел (IV класс опасности). При применении необходимо соблюдать следующие экологические регламенты: проводить обработку растений при скорости ветра до 5-6 м/с. Погранично-защитная зона для пчел — не менее 1-2 км; ограничение лёта пчел — 6-12 часов. Необходимо предварительное оповещение местных владельцев пасек о характере планируемого к использованию средства защиты растений, конкретных сроках и зонах его применения. Запрещается использование препарата в санитарной зоне вокруг рыбохозяйственных водоемов на расстоянии 500 м от границы затопления при максимальном стоянии паводковых вод, но не ближе 2 км от существующих берегов (Попова, 2009).
2.3 Методика эксперимента
Изучение фитотоксичности гербицида «Магнум» проводили в соответствии с Методическими указаниями . Объектом изучения явились семена яровой пшеницы и фасоли обыкновенной.
Готовили раствор препарата с различными концентрациями действующего вещества методом последовательных разведений: 0,1; 0,01; 0,001; 0,0001%. Контролем служил вариант, обработанный дистиллированной водой.
Предварительно, из партии зерна, произвольным способом отобрали семена в количестве 50 штук на каждую чашку Петри. Семена помещали в чашки, на агаризованную среду с внесенным раствором гербицида определенной концентрации бороздками вниз. Чашки ставили на инкубацию в термостат при температуре 22 градуса. Через два дня снимали верхнее стекло и проращивание вели при комнатной температуре. Визуальный осмотр проводили на 7,14, 21 день закладки эксперимента.
Семена фасоли обыкновенной закладывали в почвенную смесь, в которую также предварительно вносили гербицид.
Глава 3 Результаты исследования
3.1 Влияние гербицида на семена яровой пшеницы
В нашем эксперименте мы изначально нарушили несколько условий для того, чтобы установить, как влияет гербицид на защищаемую культуру в случае неправильного его применения. В частности, гербицид «Магнум» предназначен для обработки вегетирующих растений злаковых колосовых культур, рекомендованная доза 10 г/га, что составляет 0,001% по действующему веществу. Мы увеличили концентрацию действующего вещества до максимальной дозы 0,1 %. Далее, мы использовали гербицид на семенах, а не на вегетирующих растениях, и применили его на фасоли, хотя он не предназначен для этой культуры.
В результате эксперимента было установлено, через 7 дней максимальную всхожесть показал контрольный вариант, что составило 98%. В варианте с концентрацией гербицида 0,0001% всхожесть составила 96%. В остальных вариантах всхожесть была на уровне 90%. При этом в варианте с максимальной концентрацией препарата, семена только наклюнулись, появились корешки.
Таким образом, увеличенная концентрация гербицида, в критический период развития зародыша – прорастание, оказывает угнетающее воздействие, чем меньше концентрация, тем лучше проросли семена.
Через 14 дней после закладки эксперимента, растения пшеницы достигали в длину 12-14 см в контрольном варианте. Окраска листьев ярко – зеленая, без хлоротичных пятен, тургор хороший. Примерно такие же растения были в варианте с концентрацией гербицида 0,0001%. В вариантах с остальными концентрациями растения были меньше в 1,5-2 раза. Имелись хлоротичные пятна на листьях. В варианте с концентрацией 0,1% семена едва проросли, длина проростков не превышала 5 - 6 см.
Через 21 день растения в контроле начали куститься, сформировали высокие крепкие растения с хорошей зеленой окраской. В варианте с концентрацией гербицида «Магнум» 0,0001% растения незначительно отставали в росте, однако окраска листьев была зеленая, тургор листьев хороший. В вариантах с концентрацией 0,01 - 0,001% растения значительно отставали в росте по сравнению с контролем. При этом листья были бледно зелеными, вялыми, кое - где хлоротичными. В варианте с концентрацией 0,1% растения прекратили свое развитие. На некоторых семенах стали появляться колонии плесневых грибов.
Следовательно, внесение избыточной концентрации гербицида тормозит ростовые процессы в культурном растении, влияет на формирование вегетативной массы, накопление хлорофилла. Доза, которая рекомендуется производителем гербицида, оказывает воздействие на растения, однако не с такими выраженными последствиями как на сорные растения.
Таким образом, неправильное применение гербицида, в частности - несоблюдение рекомендованных доз, сроков внесения могут отрицательно повлиять даже на культуру, на которой его рекомендуют использовать.
3.2 Влияние гербицида «Магнум» на семена фасоли обыкновенной
Для изучения влияния гербицида на культуру, не рекомендованную производителем, использовали семена фасоли обыкновенной.
В результате изучения было установлено, что в контрольном варианте (с дистиллированной водой), семена фасоли проросли на 2 день. Семядоли появились на поверхности на 5 день. В вариантах с гербицидом семена проросли на 4 день, семядоли появились на поверхности на 8 день.
При обследовании чашек с семенами на 14 день, установлено, что в контрольном варианте растения развернули настоящие листья, интенсивно – зеленой окраски. В вариантах с гербицидом растения в длину не росли, оставаясь в фазе первых семядольных листьев. Окраска семядолей зеленая без хлоротичных пятен. На некоторых растениях оставалась семенная кожура.
Обследование чашек на 21 день эксперимента, показало, что в контроле растения вытянулись, достигнув длины 14–15 см. В варианте с гербицидом, растения не превышали 3-4 см в длину, оставаясь с семядольными листьями.
Таким образом, использование гербицида «Магнум» на фасоли обыкновенной прекращает развитие растений, подавляя ростовые процессы, вследствие чего растения не могут развернуть настоящие листья. Процессы фотосинтеза гербицидом не подавлялись, т. к. растения оставались с интенсивной зеленой окраской.
Следовательно, применение препарата не по назначению, может навредить культуре и урожая можно не получить.
Заключение
В ходе проведенных экспериментов было установлено, что яровая пшеница является относительно устойчивым к действию микроколичеств гербицида «Магнум». Фасоль обыкновенная, для которой данный гербицид не предназначен, не устойчив к ней.
Между всхожестью семян яровой пшеницы и концентрацией изучаемого препарата зависимости не установлено. Во всех случаях всхожесть семян культуры ниже контрольной, но не снижается более чем на 90%.
При увеличении концентрации «Магнума» отмечается незакономерная тенденция к снижению роста яровой пшеницы и фасоли обыкновенной. Только в концентрации 0,0001% гербицид достоверно стимулирует или ингибирует развитие проростков яровой пшеницы.
Было отмечено, что, несмотря на отсутствие достоверного закономерного влияния микроконцентраций гербицида «Магнум» на длину проростков, он оказывает заметное влияние на прирост растений. Указанное явление не характерно для проростков фасоли обыкновенной.
Было установлено, что гербицид не влияет на фотосинтез, так как растения остаются зелеными.
Выводы
1. В результате эксперимента установлено, на 7 день закладки эксперимента максимальной всхожестью семена яровой пшеницы и фасоли, обладали в контрольном варианте, обработанном дистиллированной водой. В варианте с максимальной концентрацией препарата 0,1%, семена только наклюнулись.
2. Через 14 дней после закладки эксперимента, растения в контрольном варианте достигали в длину 12-14 см. В вариантах с концентрациями гербицида 0,01 и 0,001% растения были меньше в 1,5-2 раза. Имелись хлоротичные пятна на листьях. В варианте с концентрацией 0,1% семена едва проросли, длина проростков не превышала 5-6 см. Таким образом, даже рекомендованная производителем доза гербицида, оказывает угнетающее действие на растения пшеницы.
3. У семян фасоли, обработанных раствором гербицида «Магнум», вне зависимости от концентрации препарата, всходы появлялись с опозданием на 2-3 дня по сравнению с контрольным вариантом.
4. Растения фасоли во всех вариантах, обработанных гербицидами, остались в фазе первых листьев, прекратив свой рост. Таким образом, гербицид «Магнум» задерживает ростовые процессы у фасоли обыкновенной, однако не влияет на фотосинтез, т. к. растения остаются зелеными.
Литература
1. Воробьев, С. А. Земледелие / и др. – Ростов н/Д.: Агропром, 1991. - 528 с.
2. Кирюшин, В. И. Яровая пшеница: прогрессивные технологии / , , . – Н.: Наука, 1988. - 160с.
3. Научные основы защиты растений. Сборник научных трудов ВАСХНИЛ / под ред. Ю. Н. Фадеева. – М.: Колос, 1984. - 311 с.
4. Попова, средства защиты растений / . – СПб.: ГТУРП, 2009.- 96 с.
5. Чулкина, В. А. Агротехнический метод защиты растений / и др. – М.: Наука, 2000. - 335 с.
