Залишки неонікотиноїдів у цукрових буряках та ґрунті в різних агрокліматичних умовах (частина 1)

 

В Європі у виробництві цукрових буряків використовувалося оброблене неонікотиноїдами насіння, що забезпечувало ефективний контроль деяких проблемних шкідників цукрових буряків (попелиць та бурякових блішок). Постанова Єврокомісії від 2018 року щодо остаточної заборони застосування імідаклоприду, тіаметоксаму та клотіанідину на відкритому повітрі може суттєво вплинути на європейське виробництво цукрових буряків. Незважаючи на те, що альтернативні інсектициди (спіносад, хлорантраніліпрол, нім), які можна використовувати для обробки насіння, мають певний вплив на деяких шкідників, малоймовірно, що найближчим часом будь-який із цих продуктів буде визнано хорошим замінником неонікотиноїдів. Метою даного дослідження є визначити рівні залишків (метод LC-MS/MS (рідинної хроматографії з мас-спектрометрією)) імідаклоприду та тіаметоксаму, що застосовувалися для обробки насіння цукрових буряків протягом двох вегетаційних сезонів 2015 та 2016 років на полях, розташованих в різних агрокліматичних регіонах та в тепличних випробуваннях.

За матеріалами статті на тему «Неонікотиноїдні залишки в цукрових буряках та ґрунті в різних агрокліматичних умовах» («Neonicotinoid Rresidues in sugar beet plants and soil under different agro-climatic conditions») журналу «Agriculture» («Сільське господарство») 2020, 10.

Цукровий буряк (Beta vulgaris) є економічно значущою культурою, що вирощується в основному для виробництва білого цукру. Провідними світовими виробниками цукрових буряків є Франція, Німеччина та Польща. На них припадає майже 50% загального світового виробництва (111,7 млн т станом на 2016 рік). Однак лише 20% світового виробництва цукру припадає на буряки; 80% цукру виробляється із тростини. Враховуючи технологію виробництва та тривалість вегетаційного періоду майже 180 днів, цукрові буряки вважаються найбільш інтенсивною сільськогосподарською культурою.

У Південно-Східній Європі до економічно шкодочинних шкідників цукрових буряків належать дротяники, бурякова крихітка, буряковий та кукурудзяний довгоносик, буряковий рисовий довгоносик, люцерновий довгоносик, кілька видів совок, бурякова блішка, попелиця та бурякова цистова нематода. Їх поява залежить від регіону та року.

Із моменту запровадження обробки насіння неонікотиноїдами в 1990-х роках у Хорватії спостерігалося значне скорочення використання інсектицидів. Дротяники, попелиці та блішки успішно контролювалися за допомогою обробки насіння неонікотиноїдами, а додаткова обробка інсектицидами застосовувалася лише у випадку агресивного нападу деяких листкових шкідників, яких неможливо ефективно контролювати одними неонікотиноїдами (наприклад, бурякового довгоносика). У Північно-Західній Європі лише попелиця вимагає періодичного застосування позакореневих інсектицидів.

Обробка насіння — метод, який приніс багато переваг сучасному сільському господарству, хоча він також має деякі негативні ефекти. При агресивному нападі шкідників ефективність обробки насіння проти дротяників та бурякових довгоносиків слабка, тому необхідно застосовувати додаткові заходи захисту рослин.

Використання неонікотиноїдів стало серйозною проблемою через їх негативний вплив на бджіл, запилювачів та, можливо, інших нецільових організмів. Згідно з наявними доказами та оцінкою ризиків, проведеною Європейським агентством із безпечності харчових продуктів (EFSA), в 2013 році використання неонікотиноїдних пестицидів (клотіанідину, імідаклоприду та тіаметоксаму) було суворо обмежене впровадженням Директиви (ЄК) 485/2013. Обмеження стосувалося запилювальних культур, таких як кукурудзи, олійного ріпаку та соняшника, за винятком тепличних культур та обробки деяких культур після їх цвітіння, а також озимих зернових культур. На підставі експертної оцінки ризиків пестицидів EFSA, проведеної для клотіанідину, імідаклоприду та тіаметоксаму, 30 травня 2018 року Єврокомісія прийняла положення, яке повністю забороняє використання імідаклоприду, клотіанідину та тіаметоксаму для захисту медоносних бджіл та диких запилювачів. Єдиним ризиком, визначеним EFSA для обробки насіння цукрових буряків неонікотиноїдами, був ризик для вирощування наступних культур у сівозміні.

Вважається, що залишки неонікотиноїдів залишаються в ґрунті та поглинаються наступною культурою або бур’янами, які ростуть на тому ж самому полі. Таким чином, якщо значні концентрації неонікотиноїдів залишаються в ґрунті після вирощування цукрових буряків, вони можуть поглинатися наступною культурою (або бур’янами), а тоді можуть виявлятися в пилку тощо.

Комісія не розглядала можливі альтернативні варіанти захисту рослин після введення повної заборони обробки насіння буряків неонікотиноїдами. Це рішення може підірвати виробництво цукрових буряків в ЄС. Заборона була виправдана тим, що деякі екологічно більш прийнятні замінники хімічних речовин (діаміди) можуть ефективно контролювати найбільш шкодочинних шкідників, а засоби боротьби з більшістю шкідників доступні в рамках інтегрованої боротьби зі шкідниками (IPM). Однак ці аргументи не в повній мірі стосуються всіх економічно шкодочинних шкідників, які завдають шкоди вирощуванню цукрових буряків у виробничих регіонах ЄС.

Вчені досліджували обробки насіння неонікотиноїдами у вирощуванні європейських цукрових буряків з огляду на їх ефективність проти цільових шкідників та впливу на навколишнє середовище. Вони запропонували розробити системи та моделі моніторингу для виявлення регіонів (та років) із більшим ризиком появи шкідників та дозволити обробляти насіння інсектицидами лише тоді, коли ймовірний високий тиск шкідників. У своєму аналізі Хауер та ін. розглядали виробництво цукрових буряків лише в країнах Північно-Західної Європи, але вони не враховували різні кліматичні умови та наявність шкідників у Східній та Південно-Східній Європі, де проблеми у виробництві головним чином спричинені буряковими блішками та довгоносиками.

Метою даного дослідження є визначити рівні залишків імідаклоприду та тіаметоксаму, які використовувалися для обробки насіння цукрових буряків у різних агрокліматичних регіонах, для визначення екологічних ризиків та можливого їх поглинання іншими культурами, наступними у сівозміні після буряків. Тепличні випробування проводилися для кращого розуміння поведінки неонікотиноїдів у контрольованих умовах.

Матеріали та методи

Польова ділянка та експериментальна модель

Польова ділянка

Дворічне дослідження проводилося в 2015 та 2016 роках у двох графствах Хорватії: Вировитицько-Подравській жупанії (Лукач) та Вуковарсько-Сремській жупанії (Товарнік), тоді як тепличні випробування проводилися в Загребі.

Характеристики ґрунту

Для визначення фізико-хімічних властивостей ґрунту в Лукачі та Товарніку у 2016 році відбиралися зразки ґрунту згідно з внутрішнім протоколом однорічних культур. Із кожної ділянки в одну і ту ж дату відбиралися 15 окремих зразків ґрунту з глибини 0-30 см. Хімічні властивості ґрунту та аналіз текстури проводилися згідно стандартних методів (ISO 11277 2004) у ґрунтознавчій лабораторії Кафедри ґрунтознавства, Університету Загреба, Факультету сільського господарства.

Кліматичні дані

Дані про кліматичні умови відбиралися хорватською метеорологічною та гідрологічною службою. Кліматичні умови контролювали найближчі кліматичні станції (Вировитица для Лукача та Градіште для Товарніка). Відстань між метеорологічними станціями та експериментальними ділянками становила не більше 20 км. За період із квітня по вересень відбиралися дані середніх температур повітря та ґрунту, визначалася загальна кількість опадів, які аналізувалися для Вировитиці та Градіште в обидва досліджувані роки.

Експериментальна модель

На кожній ділянці насіння цукрових буряків висівалося в три етапи, один із яких — необроблене насіння (0 мг діючої речовини/насінину), другий етап — насіння цукрового буряка, оброблене імідаклопридом (0,91 мг діючої речовини/насінину), та третій етап — насіння, оброблене тіаметоксамом та тефлутрином (0,36 + 0,036 мг діючої речовини/насінину). В обидва роки посівна проводилася у звичайні весняні строки (2015 рік: 9 квітня — Лукач, 10 квітня — Загреб, 11 квітня — Товарнік; 2016 рік: 26 березня — Товарнік, 1 квітня — Лукач, 7 квітня — Загреб). У польових випробуваннях кожен етап посівної проводився на площі 1000 м2 у три повтори. Насіння висівалося шестирядною посівною бороною на глибині 3 см, міжряддя — 45 см, відстань в одному рядку — 18 см (тобто 123 321 насінин/га). У тепличних експериментах моделювалися умови сівби в орному шарі (30 см). Такі самі етапи посівної у пластикові контейнери розміром 90 см × 50 см × 38 см (довжина × ширина × висота), заповнені 100 л Субстратом 1 (стандарт EN) Klasmann-Deilmann GmbH. У якості субстрату використовувалася суміш білого (H2 – H5) та чорного торфу (H6 – H8) зі значенням pH (H2O) 5,5-6,5 та добривом NPK (азот, фосфор, калій) 14:10:18. Кількість важких металів була значно нижчою за гранично допустиму концентрацію. Посівна виконувалася вручну на глибині 3 см, відстань між насінням становила 5 см, орієнтовна кількість — 45 насінин на контейнер. Всього було висіяно шість контейнерів за один етап.

Відбір проб

Відбір зразків цукрових буряків

Починаючи з чотирьох тижнів після посівної, протягом трьох місяців двох вегетаційних сезонів (2015 та 2016 років) кожні два тижні відбиралися зразки цукрових буряків. У перші чотири періоди відбору проб рослини збиралися цілими. Починаючи з п’ятого відбору проб та до кінця експерименту зібрані рослини розділялися на частини (листя та корені), які аналізувалися окремо. Останній відбір проб стосувався лише коренів. Всього було зібрано 432 зразки цукрових буряків та проаналізовано на залишки неонікотиноїдів. Кожна проба включала по п’ять рослин із мінімальною масою 20 г.

Відбір проб ґрунту

Для того, щоб визначити залишки неонікотиноїдів у ґрунті, на кожній ділянці відбирали по дві проби з глибини орного шару (30 см).

Аналіз зразків

Аналіз на визначення залишків неонікотиноїдів у цукрових буряках та ґрунті

Визначення залишків неонікотиноїдів у цукрових буряках та ґрунті проводилося в акредитованій лабораторії за допомогою рідинної хроматографії з тандемною мас-спектрометрією (LC-MS/MS) з використанням екстракції з ацетонітрилом та методу міні-множинно-групового аналізу пестицидів (QuEChERS) (EN 15662: 2008). Межа кількісного визначення (LOQ) для цього методу становила 0,01 мг/кг. Неонікотиноїди вилучалися з гомогенізованого зразка за допомогою ацетонітрилу. Неонікотиноїди імідаклоприд, тіаметоксам і клотіанідин визначалися за допомогою методики LC-MS/MS, застосованої до відфільтрованого екстракту за допомогою апарату Agilent Technologies 6460 Triple Quad LC/MS. Тіаметоксам перетворюється на клотіанідин у ґрунті та рослинних тканинах, тому його залишки визначалися як сума тіаметоксаму та клотіанідину.

Статистичний аналіз

Дані про залишки неонікотиноїдів аналізувалися за дисперсійним аналізом (ANOVA) із використанням факторного методу AOV з трьома факторами. Першим фактором був регіон, який вважався фіксованим фактором через обмежену площу вирощування цукрових буряків та характерні погодні умови. Другим фактором було внесення інсектицидів, а третім — відібрана частина рослини. Цей фактор аналізувався для відбору зразків протягом вегетаційного сезону, коли листя та корені відокремлювалися. За допомогою ретроспективного аналізу Тьюкі визначалися середні значення варіантів, які суттєво відрізнялися, після отримання максимального результату тесту (р < 0,05).

Результати

Кліматичні та едафічні фактори

Проведений аналіз підтвердив попередні дані, опубліковані іншими авторами, що середньорічні температури в Товарніку (Таблиця 1) вищі, ніж у Лукачі. Опади варіювалися від місця до місця протягом одного з двох років досліджень та підтвердили раніше опубліковані дані, що при порівнянні Лукача (захід) та Товарніка (схід) температура зростала, а в східній частині країни кількість опадів зменшувалася.

В обидва роки середні температури повітря та ґрунту в районі Лукача були значно нижчими, порівняно з Товарніком, а кількість опадів була значно вищою в 2015 році там же, тоді як у 2016 році ця різниця була незначною. У досліджувані роки (2015 та 2016 роки) не було виявлено значних відмінностей між регіонами в контексті кліматичних умов.

Таблиця 1. Характеристика погодних умов двох регіонів, де проводилися польові дослідження, та відповідні результати ANOVA

*Значення з однаковими малими літерами суттєво не відрізняються (p > 0,05; тест (критерій дійсно значущої відмінності) HSD), 1, маленькі літери означають відсутність різниці між регіонами; 2, маленькі літери означають відсутність різниці між роками в одному і тому ж регіоні; ns, букви стосуються відсутніх відмінностей.

Едафічні фактори різнилися між регіонами. У Товарніку вміст органічних речовин у ґрунті був вищим, ніж у Лукачі (Таблиця 2). Крім того, за своїм гранулометричним складом обидва ґрунти класифікуються як мулиста глина. Детальний опис регіональних фізико-хімічних властивостей ґрунту наведено в Таблиці 2.

Таблиця 2. Фізичні та хімічні властивості ґрунту в Лукачі та Товарніку, 2016 рік

Розкладання в ґрунті

Із даних Таблиці 3 видно, що в Лукачі залишки неонікотиноїдів не перевищували межу кількісного визначення (LOQ). Товарнік показав концентрацію залишків імідаклоприду вищу LOQ і незначно підвищений вміст тіаметоксаму, тоді як більші залишки були виявлені в тепличних умовах.

Таблиця 3. Залишки неонікотиноїдів (мг/кг) у зразках ґрунту, відібраних із польових ділянок наприкінці вегетаційного сезону 2016 року (через 180 днів після посівної), Хорватія

Динаміка розкладання в рослинах

На Рис. 1 показана динаміка розкладання імідаклоприду в цукрових буряках.

Рис. 1. Динаміка розкладання імідаклоприду протягом вегетаційних сезонів 2015 (а) та 2016 (b) років у цукрових буряках у Лукачі, Товарніку та в тепличних випробуваннях із дотриманням гранично допустимого рівня залишків 0,5 мг/кг; LOQ — межа кількісного визначення; MRL — максимальний рівень залишків


971