Залишки неонікотиноїдів у цукрових буряках та ґрунті в різних агрокліматичних умовах (частина 2)

 

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.

Максимальний рівень залишків (MRL) для імідаклоприду в цукрових буряках становить 0,5 мг/кг (ЄС № 491/2014). Концентрації імідаклоприду в цілих рослинах, зібраних у польових випробуваннях (Лукач та Товарнік), впали нижче MRL 0,5 мг/кг (ЄС № 491/2014) через 40-55 днів після посівної в обидва досліджувані роки (Рис. 1). Після цього залишки в листі цукрових буряків, вирощених у польових умовах, майже не виявлялися. Зразки коренів відбиралися через 60 днів після посівної, і починаючи з першої проби рівень залишків у коренях був нижчим MRL. На момент збирання буряків (через 180 днів після посівної) залишків вище LOQ не було виявлено. У тепличних умовах (Загреб) розкладання неонікотиноїдів було набагато повільнішим, оскільки регулярне вимивання водою було неможливим. Залишки імідаклоприду в листі під час тепличних випробувань опустились нижче максимального рівня (MRL) на десять днів пізніше, ніж у польових умовах (тобто через 60 днів після посівної). Дещо швидше розкладання імідаклоприду в коренях цукрових буряків, вирощених у тепличних умовах, спостерігалося в 2016 році, порівняно з 2015 роком. Загалом рівень залишків імідаклоприду в коренях опустився нижче MRL через 80 днів після сівби. Під час збирання врожаю рівень залишків у коренях був досить низьким — 0,08 мг/кг у 2015 році та < 0,01 мг/кг у 2016 році.

Результати статистичного аналізу представлені в Таблицях 4-7. Рівні залишків суттєво залежали від обробки рослин імідаклопридом майже у всі періоди відбору проб, за винятком двох останніх зразків, коли розкладання неонікотиноїдів завершилося в один час в обидва роки досліджень. Рівні залишків у рослинах, вирощених із обробленого насіння, був значно вищим, у порівнянні з необробленими рослинами, протягом всього періоду вегетації до збирання врожаю, коли завершилося розкладання. У 2015 році на залишки імідаклоприду суттєво впливало місце розташування поля (тобто агрокліматичні умови) майже у всіх останніх відібраних зразках (Таблиці 4 та 5). У 2016 році залишки суттєво залежали від поля (тобто, агрокліматичних умов) лише в одній пробі (через 76-85 днів після сівби), рівні залишків були значно вищими в тепличних умовах в Загребі (Таблиці 6 та 7). Третій фактор (частина рослини) спостерігався у трьох зразках. У 2015 році на залишки імідаклоприду суттєво впливали частини рослин у двох із трьох проб (Таблиця 5), тоді як у 2016 році рослинні решки взагалі не мали жодного впливу (Таблиця 7), що підтверджує хорошу системну транслокацію імідаклоприду.

Таблиця 4. Залишки імідаклоприду в цілих рослинах протягом перших трьох періодів спостережень та в кореня під час збирання врожаю в 2015 році

Дисперсійний аналіз залишків імідаклоприду в цілих рослинах і коренях цукрових буряків. ** значущі при p = 0,01.

Таблиця 5. Залишки імідаклоприду в різних частинах рослин протягом вегетаційного періоду 2015 року

Дисперсійний аналіз залишків імідаклоприду в різних частинах рослин. * значущі при p = 0,05, ** значущі при p = 0,01.

Таблиця 6. Залишки імідаклоприду в цілих рослинах протягом двох перших періодів спостережень та в коренях під час збирання врожаю в 2016 році

Дисперсійний аналіз залишків імідаклоприду в цілих рослинах і коренях цукрових буряків. * значущі при p = 0,05, ** значущі при p = 0,01.

Таблиця 7. Залишки імідаклоприду в різних частинах рослин протягом вегетаційного періоду 2016 року

Дисперсійний аналіз залишків імідаклоприду в різних частинах рослини. * значущі при p = 0,05, ** значущі при p = 0,01.

Значна взаємодія між усіма трьома факторами (регіон × внесення інсектицидів × частина рослини) щодо рівня залишків імідаклоприду була виявлена при першому відборі проб, коли частини рослин відокремлювалися (тобто через 66-68 днів після посівної в 2015 році та через 76-85 днів після посівної у 2016 році). Значна взаємодія «внесення інсектициду × регіон» для залишків імідаклоприду не спостерігалася у першій та двох останніх пробах у 2015 році (Таблиці 4 та 5), тоді як у 2016 році вона була виявлена лише через 76-85 днів після посівної (Таблиці 6 та 7). Стосовно всіх інших проб, не було виявлено значущої взаємодії «внесення інсектицидів × регіон» для залишків імідаклоприду. Значні взаємодії «регіон × частина рослини» та «внесення інсектицидів × частина рослини» для залишків імідаклоприду виявлялися досить рідко в обидва роки досліджень.

На Рис. 2 показано динаміку розкладання тіаметоксаму (вираженого як сума тіаметоксаму та клотіанідину) у цукрових буряках.

У 2017 році в Європі максимальний рівень залишків (MRL) тіаметоксаму та клотіанідину зменшився з 0,05 мг/кг до 0,02 мг/кг (ЄС 2017/671). У цукрових буряках, вирощених у польових умовах, вміст залишків тіаметоксаму в листі та коренях зменшився нижче MRL через 70-80 днів після посівної, залежно від року та регіону (Рис. 2). Під час збирання врожаю в коренях буряків, вирощених у польових умовах, не було виявлено залишків.

Подібно до імідаклоприду, розкладання тіаметоксаму було набагато повільнішим у тепличних умовах. Залишки тіаметоксаму в коренях цукрових буряків при тепличному вирощуванні перевищували MRL (0,053 мг/кг) під час збирання врожаю в 2015 році (Рис. 2), тоді як у 2016 році, через 100 днів після посівної, залишки опустилися нижче MRL 0,02 мг/кг.

Результати статистичного аналізу представлені в Таблицях 8-11. На рівень залишків суттєво впливала обробка тіаметоксамом протягом усіх періодів відбору проб, включаючи останній відбір в 2015 році, що вказує на те, що розкладання в рослинах не завершилося у всіх випробуваннях. У 2015 році під час збирання врожаю у коренях буряків, вирощених у тепличних умовах, були виявлені залишки тіаметоксаму (0,053 мг/кг) (Рис. 2).

Рис. 2. Динаміка розкладання тіаметоксаму (виражена як сума тіаметоксаму та клотіанідину) протягом вегетаційних сезонів 2015 (а) та 2016 (b) років у цукрових буряках у Лукачі, Товарніку та в тепличних умовах, із дотриманням максимально дозволеного рівня залишків 0,02 мг/кг; LOQ - межа кількісного визначення; MRL — максимальний рівень залишків.

Таблиця 8. Залишки тіаметоксаму (включаючи клотіанідин) у цілих рослинах протягом перших трьох періодів спостережень та в коренях під час збирання врожаю в 2015 році

Дисперсійний аналіз залишків тіаметоксаму в цілих рослинах і коренях цукрових буряків. * значущі при p = 0,05, ** значущі при p = 0,01.

Таблиця 9. Залишки тіаметоксаму (включаючи клотіанідин) у різних частинах рослин протягом вегетаційного періоду 2015 року

Дисперсійний аналіз залишків тіаметоксаму в різних частинах рослини. * значущі при р = 0,05, ** значущі при р = 0,01.

Таблиця 10. Залишки тіаметоксаму (включаючи клотіанідин) у цілих рослинах протягом перших трьох періодів спостережень та в коренях під час збирання врожаю в 2016 році

Дисперсійний аналіз залишків тіаметоксаму в цілих рослинах і коренях цукрових буряків. * значущі при p = 0,05, ** значущі при p = 0,01.

Таблиця 11. Залишки тіаметоксаму (включаючи клотіанідин) у різних частинах рослин протягом вегетаційного періоду 2016 року

Дисперсійний аналіз залишків тіаметоксаму в різних частинах рослини. * значущі при p = 0,05, ** значущі при p = 0,01.

У 2016 році внесення тіаметоксаму суттєво впливало на рівень залишків у всі періоди відбору проб, крім останньої, вказуючи на те, що розкладання завершилося за всіх досліджуваних умов, включаючи тепличні випробування. У 2015 році на залишки тіаметоксаму впливав регіон (тобто агрокліматичні умови) майже у всі дати відбору проб, крім першого відбору (Таблиця 8). У 2016 році на рівень залишків впливав регіон (Таблиці 10 та 11) лише в двох зразках (через 76-85 та 92-97 днів після посівної), коли залишки були значно більшими в тепличних умовах у Загребі (Рис. 2). Третій фактор (частина рослини) спостерігався у трьох зразках. У 2015 році на залишки тіаклоприду суттєво впливали частини рослини в трьох зразках (Таблиця 9), тоді як у 2016 році цей вплив взагалі був відсутній (Таблиця 11). Значна взаємодія «внесення інсектициду × регіон» для залишків тіаметоксаму спостерігалася в 2015 році у всіх зразках (Таблиці 8 та 9), тоді як у 2016 році вона була виявлена лише у двох пробах, відібраних через 76-85 днів та 92-97 днів після посівної (Таблиця 11). Значні взаємодії «регіон × частина рослини» та «внесення інсектициду × частина рослини» для залишків тіаклоприду завершилися в 2015 році. У 2016 році лише в одну дату відбору проб було виявлено взаємодію «регіон × частина рослини». Значна взаємодія між усіма трьома факторами (регіон × внесення інсектициду × частина рослини) для залишків тіаклоприду була виявлена в 2015 році у всіх трьох зразках та в 2016 році лише в одній пробі, коли частини рослин відбиралися окремо (через 76-85 днів після посівної).

Обговорення

Коли неонікотиноїди тильки-но вийшли на ринок, вони вважалися безпечними у використанні, оскільки вони стійкі в ґрунті та мають низьку токсичність для ссавців. Однак останні дослідження показали, що неонікотиноїди мають несприятливий вплив на бджіл, запилювачів та, можливо, інших нецільових організмів. Повна заборона використання імідаклоприду, тіаметоксаму та клотіанідину на відкритому повітрі, введена Єврокомісією, може мати значний вплив на виробництво цукрових буряків в Європі, оскільки в ЄС неонікотиноїдами обробляється все комерційне насіння буряків. За даними проведених досліджень, спіносад та хлорантраніліпрол, що застосовувалися для обробки насіння, виявилися неефективними в контролюванні бурякових блішок та капустяної попелиці, а також дорослих комах рисового водяного довгоносика. Вони навряд чи стануть хорошими замінниками неонікотиноїдів. Вчені вказують на відсутність ефективних альтернативних рішень для боротьби з М. persicae на цукрових буряках у Центральній та Північній Європі. Отже, проблеми, пов’язані з боротьбою з вищезазначеними шкідниками, можуть стати серйозним викликом у майбутньому, якщо не знайдуться альтернативні варіанти.

У даному дослідженні наприкінці вирощування цукрових буряків (через 180 днів після посівної) у Товарніку в ґрунті були виявлені залишки імідаклоприду в концентрації 0,17 мг/кг та тіаметоксаму в концентрації 0,04 мг/кг, тоді як у Лукачі всі залишки були нижчими рівня LOQ (Таблиця 4). Такий результат частково узгоджується з результатами випадкового відбору 74 проб ґрунту після вирощування кукурудзи, пшениці та ячменю, вирощуваних з обробленого насіння. Імідаклоприд був виявлений у всіх зразках, тому вчені дійшли висновку, що після внесення він завжди присутній в ґрунті, його легко виявити, якщо відбір проб проводиться в рік його внесення.

Алфорд і Крупке дійшли висновку, що висока розчинність неонікотиноїдів у воді робить малоймовірним те, що вони залишатимуться поблизу відносно обмеженої ризосфери цільової рослини досить довго, щоб рослина могла поглинути їх. Вважається, що втрата неонікотиноїдів у сільськогосподарських ґрунтах відбувається через їх розкладання або вимивання ґрунтовою водою. Оцінка ризиків EFSA не враховувала низьку ймовірність залишків неонікотиноїдів, що залишаються в ґрунті протягом більш тривалого періоду часу. Їхні висновки, разом із даними щодо поглинання сільськогосподарськими культурами неонікотиноїдних інсектицидів із забруднених підземних вод, вказують на можливий сценарій зрошення, який потребує додаткових досліджень. У лабораторному дослідженні цукрові буряки висівалися зі щільність більшою в п’ять разів, ніж у польових умовах, а це означає, що концентрація неонікотиноїдів також значно більша (40,95 мг імідаклоприду та 32,76 + 1,62 мг тіаметоксаму + тефлутрину на контейнер 100 л ґрунту). Ґрунт із тепличних випробувань, оброблений імідаклопридом, містив у середньому 5,34 мг/кг діючої речовини, тоді як оброблений тіаметоксамом зразок містив 2,65 мг/кг діючої речовини (Таблиця 4). Це набагато більше, якщо врахувати, що в ґрунті на відкритому повітрі норма внесення для обробки насіння становить 112,2 г імідаклоприду або 44,4 + 4,44 г тіаметоксаму + тефлутрину на один гектар, тоді як один гектар містить в середньому три мільйони літрів ґрунту (розрахунок середнього шару ґрунту 30 см). Це середня концентрація 0,04 мг/кг імідаклоприду або 0,015 + 0,0015 мг/кг тіаметоксаму + тефлутрину. Даний результат підтверджує, що можна очікувати високих концентрацій неонікотиноїдів у ґрунті в посушливих умовах та під час неможливого або нерегулярного вимивання (дно контейнера) ґрунтовими водами, що означає, що вони можуть представляти потенційний ризик для вирощування наступних культур у сівозміні. Що стосується польових випробувань, в Хорватії немає систематичного моніторингу наявних пестицидів у воді та відсутні дані щодо концентрацій неонікотиноїдів у регіонах, де проводилися дослідження.

Розкладання неонікотиноїдів у ґрунті залежить від температури, вологості та типу ґрунту, зокрема його текстури та вмісту органічних речовин, рН та УФ-випромінювання. За даними вчених, їх стійкість найвища в прохолодних, посушливих умовах та в ґрунтах із високим вмістом органічних речовин. У середньому в Лукачі опадів більше (більш вологий ґрунт), нижча температура ґрунту та повітря, тоді як у Товарніку спостерігаються більш посушливі умови з низькою кількістю опадів та трохи вищою температурою повітря та ґрунту (Таблиця 2). Із даних Таблиці 3 видно, що в обох регіонах рН ґрунту становив від 5 до 7, що означає ґрунти від слабокислотних до нейтральних, які не допускають розкладання у вологих умовах або воді. Було виявлено, що імідаклоприд та тіаметоксам розкладаються швидше при 23°С у лужному середовищі та залишаються відносно стабільними при рН 7 та 4. Щодо залишків неонікотиноїдів у ґрунті після вегетаційного періоду, в Таблиці 3 показано, що всі залишки були нижчими LOQ у Лукачі, тоді як у Товарніку було виявлено 0,17 мг/кг імідаклоприду та 0,04 мг/кг тіаметоксаму. Такі результати можна пояснити посушливими умовами, дефіцитом опадів та дещо вищою температурою повітря та ґрунту в Товарніку, в якому також міститься велика кількість органічних речовин, фосфору та калію (Таблиця 3), що запобігає вимиванню залишків і дозволяє забезпечити більше поглинання в ґрунтах із високим вмістом органічних речовин, що відповідає отриманим результатам. Незважаючи на те, що результати залишків у ґрунті статистично не визначені, можемо зробити висновок, що швидше зменшення залишків у Лукачі, скоріш за все, відбувається через більшу кількість опадів, що підтверджується аналізом залишків у рослинах. Наявність значної взаємодії «внесення інсектицидів × регіон» (тобто агрокліматичних умов) для тіаметоксаму в 2015 році (коли регіони відрізнялися за температурою та опадами) та відсутність взаємодії для тих самих факторів у 2016 році (коли регіони відрізнялися лише за температурними показниками) означає, що опади є важливим фактором для вимивання тіаметоксаму. Щодо розкладання імідаклоприду, існувала значна взаємодія «внесення інсектициду × регіон» (тобто агрокліматичні умови) лише в трьох із семи зразків у 2015 році та лише в одній із шести проб у 2016 році.

За даними вчених, у Франції період напіврозкладання імідаклоприду в насінні становить близько 270 днів, тоді як також повідомлялося про 83-124 дні в польових умовах та 174 дні в голій землі. У польових умовах тіаметоксам демонстрував помірне та швидке розкладання. Розрахунковий період напіврозкладання в ґрунті для тіаметоксаму становив від 7 до 335 днів.

Поглинання імідаклоприду коренями коливалося від 1,6 до 20% для баклажанів та кукурудзи. Вчені зазначили, що поглинання клотіанідину кукурудзою було відносно низьким, а концентрації зв’язаного з рослинами клотіанідину дотримувались експоненціальної моделі розпаду зі спочатку високими значеннями, що супроводжувалося швидким зниженням протягом перших ~20 днів після посівної. Максимум 1,34% від початкової норми обробки насіння (розраховано як мг діючої речовини/кг насіння) було успішно вилучено з тканин рослини (розраховано як мг діючої речовини/кг рослинної тканини) і максимум 0,26% зі зразків коренів. Дане дослідження показало, що в 2015 році через 25-27 днів після посівної із вирощених рослин було вилучено максимум 0,028% імідаклоприду та 0,077% тіаметоксаму (Рис. 1 та 2). У 2016 році коефіцієнт вилучення із вирощуваних рослин через 40 днів після посівної становив 0,003% для імідаклоприду та через 50 днів після посадки до 0,022% для тіаметоксаму. Ці дані підтверджують, що розкладання імідаклоприду та тіаметоксаму у цукрових буряках подібне до сценарію, який стосується клотіанідину.

Було виявлено, що концентрація імідаклоприду в листі цукрових буряків, вирощених із обробленого насіння, становила 15,2 мг/кг через 21 день після посівної та зменшилася до 0,5 мг/кг через 97 днів після посіву (стадія 25-го листка). Через 42 дні після посівної вчені виявили вдвічі більшу концентрацію 0,95 мг/кг імідаклоприду в листі буряків методом високоефективної рідинної хроматографії (ВЕРХ). У порівнянні з ВЕРХ, метод рідинної хроматографії з тандемною мас-спектрометрією (LC-MS/MS) має нижчу межу визначення (LOQ), що забезпечує можливість чіткішої ідентифікації аналіту. Тому результати даного дослідження більш точні та підтверджують відсутність залишків неонікотиноїдів у коренях цукрових буряків під час збирання врожаю. Тим не менше, у посушливих кліматичних умовах або після посушливого періоду існує значний ризик, оскільки отримані результати показали вищі, ніж очікувалося, концентрації імідаклоприду в ґрунті у Товарніку.

Результати польових випробувань, проведених в Європі та США, щодо розкладання імідаклоприду показують, що він не накопичується в ґрунті після його багаторазових щорічних застосувань. Хоча в Хорватії цукровий буряк вирощується у сівозміні, де неонікотиноїди заборонені (кукурудза, олійний ріпак, пшениця тощо), ризик біонакопичення та поглинання іншими культурами повинен бути обмеженим, проте для наступних культур ризики достовірно невідомі та потребують подальших досліджень.

Обробка насіння цукрових буряків неонікотиноїдами все ще дозволена в багатьох країнах світу (крім ЄС). У районах, де неонікотиноїди заборонені, очікується збільшення використання інсектицидів, зокрема піретроїдних продуктів, для контролю попелиць та бурякових блішок (залежно від площі вирощування). Статус неонікотиноїдів для обробки насіння цукрових буряків, можливо, буде додатково досліджено різними регулюючими органами у всьому світі.

Висновки

Рівні залишків імідаклоприду та тіаметоксаму, які використовувалися для обробки насіння цукрових буряків, виявилися нижчими максимально дозволеного рівня під час збирання врожаю та значно залежали від погодних умов, зокрема опадів. Результати даного дослідження показують, що обробка насіння цукрових буряків неонікотиноїдами залишає мінімальний слід у рослинах через їх повне розкладання до кінця періоду вегетації, тоді як більша концентрація залишків неонікотиноїдів у ґрунті показує ризик у посушливому кліматі або після посушливого періоду. Результати досліджень наводять додаткові аргументи для можливої оцінки ризиків обробки насіння цукрових буряків у сценаріях вирощування наступних культур у сівозміні та зрошення, а також дають подальші вказівки щодо оцінки та/або переоцінки використання неонікотиноїдів у виробництві цукрових буряків. Однак необхідні подальші дослідження для визначення можливого поглинання неонікотиноїдів наступними культурами в сівозміні.


950