Общепризнано, что главным фактором, вызывающим превращение гербицидов в почве, является действие микроорганизмов.
В природе практически не существует соединений, которые бы не разлагались микроорганизмами. Естественным является и обратный процесс — воздействие вносимых в почву гербицидов на состав и жизнедеятельность микрофлоры.
Прямое действие гербицидов на микробоценозы почвы во многом зависит от химических свойств препарата и вида микроорганизмов. По имеющимся данным, оно не имеет решающего значения, поскольку критические для такого воздействия концентрации агрохимикатов в десятки и сотни раз превышают используемые на практике дозы. Более существенно микробиологические процессы в почве регулируются косвенным влиянием гербицидов, выражающимся в обеднении растительного покрова, изменении его состава, нарушении ритма распада и синтеза органических соединений, изменении водно-воздушного режима почвы. Кроме того, промежуточные продукты распада гербицидов, различающиеся своими свойствами от исходных соединений, могут оказаться высокотоксичными по отношению к микрофлоре почвы. При относительной устойчивости к разложению они накапливаются в почве и приводят к значительным изменениям экологических условий развития микрофлоры.
Сведения о действии гербицидов на микрофлору почвы весьма разноречивы. Наиболее обширны те из них, которые объединяют наблюдения об отсутствии сколько-нибудь заметного изменения микрофлоры под действием гербицидов. Это касается как оптимальных, так и повышенных доз ряда гербицидов.
Широко применяемые на различных почвах БССР симмтриазиновые гербициды — симазин, атразин, прометрин, пропазин — в дозах от 1 кг и выше в большинстве случаев даже при многократном их внесении не приводят к значительным стойким изменениям численности почвенных микроорганизмов. Так же действуют на микрофлору дихлоральмочевина, трефлан, 2, 3, 6-ТБ, 2, 4-Д, банвел-Д и другие гербициды.
Однако имеется немало наблюдений о токсическом действии гербицидов на микроорганизмы почвы, особенно при использовании в борьбе с сорной растительностью хлорсодержащих, производных мочевины — диурона, монурона, линурона.
Отрицательное влияние вносимых в почву гербицидов чаще всего проявляется на жизнедеятельности микрофлоры только в первое время после внесения. Случаи, когда отмечается относительно длительная общая депрессия развития микрофлоры, обычно связаны с проявлением устойчивых к гербициду мутантов и выработкой ферментов, гидролизующих токсикант. В дальнейшем, как правило, состав и деятельность микрофлоры нормализуются. Это хорошо иллюстрируется частными примерами. Арезин, лииурон, пропазин угнетали микроорганизмы основных физиологических групп в течение 60 дней; через 100 дней наступала стимуляция: численность микроорганизмов оказалась в 1,5—2 раза выше, чем в контроле. Далапон в дозе 20 кг/га резко снижал общую численность аммонифицирующих микроорганизмов и низших грибов в первые
2—3 недели после внесения, но через 30 дней количество и тех, и других достигало контрольной величины. Предпосевное внесение трихлорацетата натрия в дозе 60 кг/га, 2,4-Д и дикотекса по 6 кг/га в первые 2 месяца приводит к резкому угнетению микрофлоры, что полностью снимается через 3,5 месяца. Внесение прометрина в торфяную почву в первою декаду оказало ингибирующее влияние на развитие аммонифицирующих, маслянокислых, спорообразующих и других микроорганизмов. В ослабленном виде депрессия продолжалась в течение нескольких месяцев. Численность микроорганизмов основных физиологических групп к этому времени восстановилась в соотношениях, характерных для данной почвы; к концу вегетации в отдельных случаях она превышала контроль. Симазин, атразин, хлоразин, алипур, диурон, линдан в обычных и повышенных дозах в первые 10—20 сут после внесения снижали общую численность микроорганизмов, затем она быстро возрастала и уравнивалась с контрольной. Даже очень высокие дозы симазина (200 кг/га) и 2,4-Д (100 кг/га) снижали общее число микрофлоры лишь в первые 40 дней после внесения. Отмечены случаи, когда однократная обработка гербицидом тормозила развитие микрофлоры почвы, а повторная стимулировала. По данным Е. И. Двойнишниковой с соавт., отрицательный эффект на численность и активность микрофлоры оказывал многолетний гербицидный пар.
В ряде исследований отмечали стимулирующее действие гербицидов и их смесей на микрофлору почвы. По мнению отдельных авторов, стимулировать развитие микрофлоры могут симазин, атразин, малые дозы эптама, 2,4-Д. Стимулирующее действие этих гербицидов выражается не в прямом их влиянии на микрофлору, а в поступлении значительного количества свежего органического вещества в почву при отмирании корней растений, погибших от воздействия гербицида, что служит стимулом для активной жизнедеятельности микроорганизмов. В то же время есть данные о том, что общая численность микроорганизмов в обработанной гербицидом почве может значительно превышать контроль и в связи с прямым использованием препарата в качестве источника питания.
Наиболее распространенным можно считать избирательное действие гербицидов на почвенную микрофлору. Исследованиями, проведенными на разных почвах и с большим набором гербицидов, установлено, что один и тот же гербицид, резко подавляя развитие микроорганизмов отдельных групп, оставляет без изменения или стимулирует другие группы. Гербициды 2,3,6-ТБ, 2,4-Д, банвел-Д, не изменяя общего количества микроорганизмов в почве, стимулируют развитие фосформобилизующих бактерий. Трефлан в оптимальных (1 и 3 кг/га) и повышенных (15 кг/га) дозах не вызывал существенных изменений в составе и численности микроорганизмов, но стимулировал развитие их отдельных групп. Симазин и атразин в дозах 1 и 3 кг/га не оказывали действия на общую численность аммонифицирующих, превращающих минеральный азот, спорообразующих микроорганизмов, но заметно угнетали нитрифицирующие, целлюлозоразрушающие, азотфиксирующие бактерии. Дикотекс в дозе 3 кг/га при явном угнетении нитрифицирующих, денитрифицирующих, спорообразующих бактерий в слабой степени стимулировал развитие бактерий, превращающих минеральный азот, целлюлозоразрушающих микроорганизмов, актиномицетов.
К вопросу об избирательности действия гербицидов на микрофлору относится и их неоднозначное влияние на микроорганизмы в зависимости от дозы. Натриевая соль 2,4-Д в малых количествах в отдельных случаях стимулировала развитие микрофлоры в почве, в высоких угнетала или вызывала глубокие качественные изменения в составе микроорганизмов. Имеются данные о том, что прометрин в дозе 1 кг/га усиливал развитие микроорганизмов ряда функциональных групп в торфяной почве, а в дозе 2 кг/га вызывал сильное угнетение микрофлоры. При изучении действия различных доз дикотекса выявлена неодинаковая чувствительность к ним микроорганизмов. В дозе 0,4 кг/га гербицид стимулировал развитие аммонифицирующих, превращающих минеральный азот, маслянокислых бактерий, а в дозе 0,8—1,0 кг/га резко снижал их деятельность.
2,4-Д в условиях лабораторного опыта в дозе 3 кг/га не угнетал, а несколько усиливал развитие бактерий, низших грибов, актиномицетов, но в дозах 15 и 75 кг/га действовал как ингибитор. Линурон в дозах 3,3 и 4,1 кг/га ускорял развитие микрофлоры, в то время как в дозе 8 кг/га значительно снижал ее общую численность.
Представляют интерес данные о действии гербицидов на отдельные физиологические и систематические группы микрофлоры почвы. Есть сведения о положительном влиянии дикотекса, внесенного в торфяную почву, на деятельность аммонифицирующих бактерий, но в то же время при внесении этого гербицида в торфяную почву наступала депрессия в развитии аммонификаторов. Симазин в производственных дозах на аммонифицирующую микрофлору существенного действия не оказывал; атразин в отдельных случаях вызывал резкое возрастание ее численности. Наиболее устойчивы к гербицидам неспорообразующие бактерии.
Нитрифицирующие бактерии не реагировали (в производственных дозах) на симазин, алипур, арезин, афалон, но замедляли свое развитие под влиянием 2,4-Д, дикотекса, линдана, смеси гербицидов 2,4-Д и баивела-Д. Трихлорацетат натрия подавлял жизнедеятельность нитрифицирующих бактерий. Обработка далапоном, прометрином, атразином, линуроном, гептамом способствовала росту численности нитрифицирующих бактерий. По данным Ю. В. Круглова и Н. Б. Герш, обнаружена стимуляция нитрификационного процесса под действием атразина, линурона, гептама. В небольших дозах ускоряли активное течение нитрификации гербициды 2,4-Д и трихлорацетат натрия. Под влиянием ленацила, ронита, ялана в разных дозах нитрифицирующая способность почвы не изменялась или несколько увеличивалась; под действием гербицидов 2,4-Д и дикотекса процесс нитрификации затормаживался на очень короткий срок — 7—10 дней, после чего протекал нормально, а численность нитрифицирующих бактерий превышала контрольную. Стимулирующее действие гербицидов 2М-4Х зависело от дозы гербицида. При внесении гербицидов в оптимальной дозе численность нитрификаторов превышала контрольную в течение 30 дней, более высокие дозы способствовали развитию бактерий лишь в поздние сроки наблюдения.
Гербициды 2,4-Д, дикотекс, линурон, прометрин, 2,3,6-ТБ, банвел-Д, атразин, симазин, как правило, угнетали целлюлозоразрушающие микроорганизмы в почве, особенно в пахотном слое. Применение зеазина, рамрода, гезаприма не оказывало влияния на численность целлюлозоразрушающих бактерий.
Ряд гербицидов — 2,4-Д, симазин, алипур, ронит, монолинурон, атразин — отрицательно действует на развитие в почве актиномицетов и спорообразующих бактерий. Дикотекс, прометрин, банвел-Д, 2,4-Д ингибируют маслянокислые и ацетонобутиловые бактерии и азотобактер.
В то же время под действием атразина и симазина увеличивается содержание пигментных форм актиномицетов.
Гербициды атразин, линурон, симазин, 2,4-Д в дозах, превышающих производственные, не оказывали существенного влияния на численность низших грибов; 2,3,6-ТД, баш вел-Д, ронит оказывали кратковременное токсическое действие на состав низших грибов. Значительное увеличение численности этих микроорганизмов установлено под влиянием дикотекса.
Работами Э. А. Штиной показано существование сложных и разносторонних взаимоотношений гербицидов с почвенными водорослями. Одни и те же гербициды могут проявлять четко выраженный ингибирующий эффект в отношении отдельных видов водорослей, не обладая заметным действием в отношении других. Атразин может подавлять развитие водорослей разных видов, не оказывая влияния на другие микроорганизмы почвы. Более токсичен для альгофлоры монурон, менее — прометрин. Выявлены виды водорослей, исчезающие под действием малых доз гербицидов или переходящие в стадию анабиоза, в связи с чем они могут быть использованы в качестве индикаторных культур.
Есть сведения о действии гербицидов на свойства почвы, определяющие ее биологическую активность: «дыхание», нитрификационную способность, накопление свободных аминокислот, активность почвенных ферментов. Ряд работ содержит данные о влиянии гербицидов на разложение органического вещества, накопление свободных форм азота и другие свойства почвы.
Под действием 2,4-Д отмечается депрессия процесса окисления органических веществ почвы. По данным В. Г. Куян, обработка дерново-подзолистой почвы гербицидами 2.4-Д, дикотексом в первые месяцы вызвала резкое снижение содержания в почве общего азота, аммиака, нитратов, подвижного фосфора, калия. Нарушения в питательном режиме почвы исчезли лишь в следующей вегетации. Смесь гербицидов 2,4-Д и банвела-Д подавляла процессы минерализации фосфорных соединений. Содержание нитратного азота, подвижного фосфора, калия увеличивалось под действием симазина, атразина, диурона. Под влиянием 2,3,6-ТБ, 2,4-Д, банвела-Д происходила стимуляция развития фосформобилизующих бактерий, что сопровождалось увеличением содержания легкоподвижного фосфора в почве. Влияние гербицидов на содержание элементов минерального питания в почве находится в зависимости от их доз.
Возрастающие масштабы применения гербицидов в сельском хозяйстве обусловливают необходимость изучения последействия их на важнейшие почвенно-микробиологические процессы. Выяснение этого вопроса не менее важно, чем изучение самого действия гербицидов на микрофлору.
Наблюдения над составом микрофлоры почвы, проведенные в течение 6—10 мес после внесения гербицидов 2,4-Д и симазина, показали, что последействие гербицидов максимально проявилось на качественном составе микрофлоры. Длительно был подавлен процесс разложения целлюлозы. На дерново-подзолистой почве угнетающее действие гербицидов на микрофлору снималось полностью через 10 мес; на торфяно-болотной почве в течение этого времени сохранялось отрицательное влияние гербицидов на отдельные качественные группировки бактерий, но стимулировалось развитие целлюлозоразрушающих микроорганизмов и низших грибов. Одноразовое действие прометрина в дозах 1 и 2 кг/га не обнаружило последействия на микрофлору дерново-подзолистой почвы.
Многолетнее применение гербицида которана оказало различное влияние на интенсивность микробиологических процессов в почве, определяемую ее нитрификационной способностью, энергией «дыхания», активностью несимбиотической фиксации азота, а также общей численностью сапрофитной микрофлоры. Отрицательного влияния на численность микроорганизмов при этом не установлено, скорее оно сказалось на их активности. Ю. В. Круглов и Н. Б. Герш показали, что следствием многолетнего применения гербицидов является длительное последействие их на микроорганизмы, выражающиеся в обеднении таксономического состава микрофлоры и изменении ритма размножения бактерий в почве. К последействию, очевидно, можно отнести наблюдаемую в ряде случаев перестройку состава, микрофлоры в следующую вегетацию после внесения гербицидов в почву.