Herbicidy jsou v současné době nejvýznamnější prostředky k regulaci plevelů, které se používají přibližně od 50. let minulého století. Používání pesticidů všeobecně a herbicidů zvlášť má celou řadu výhod, ale i nevýhod. Herbicidy jako cizorodé látky působí negativně na jednotlivé složky životního prostředí a narušují biologickou rovnováhu v přírodě. Jsou to látky škodlivé, resp. relativně škodlivé a jedovaté pro živočichy, při nesprávné aplikaci mohou poškodit porost plodiny, zanechávají rezidua v rostlinách a v půdě, mohou znečišťovat povrchové a podzemní vody atd.

Chování účinných látek herbicidů v půdě je ovlivňováno mnoha faktory, které významně předurčují, jak bude účinná látka, případně její metabolity, působit na plevelná společenstva, pěstovanou plodinu, případně i na následné plodiny v osevním postupu. Z faktorů prostředí, které významně ovlivňují sorpci herbicidů, má kromě sorpční schopnosti pevné fáze půdy značný význam i obsah vody v půdě a půdní reakce, která má vliv na stupeň disociace herbicidů s kyselou nebo zásaditou povahou. Například sulfonylmočoviny se chovají v půdním prostředí jako slabé kyseliny s nízkou hodnotou dělícího koeficientu K (oktanol/voda) při neutrální reakci půdy (pH 6,6–7,2). Pokud se zvýší hodnota pH, zvyšuje se jejich záporný náboj, roste jejich vodorozpustnost a snižuje se podíl rozpustný v oktanolu. Rozpustnost chlorsulfuronu (např. Glean 75 WG) ve vodě při hodnotě pH 5,0 (silně kyselá) je 60 ppm, pokud jsou hodnoty okolo 7,0, rozpustnost významně stoupá na 700 ppm. Sulfonylmočoviny podobně jako imidazoly jsou v půdě značně pohyblivé a ve formě iontů jsou absorbované pouze na organickou hmotu a humusové látky.

Intenzitu transportu účinných látek herbicidů v půdě ovlivňuje jejich mobilita a perzistence. I velmi pohyblivé herbicidy mohou být v průběhu transportu rychle degradovány, pokud nejsou dostatečně perzistentní, a naopak silně perzistentní herbicidy nejsou schopné transportu v profilu půdy, pokud jsou pevně vázané. Kromě transportních a sorpčních procesů ovlivňují koncentraci herbicidů v půdě degradační procesy, které jsou prezentované transformací molekuly postupným odbouráváním nebo inaktivací fytotoxických částic molekuly.

Výzkumy poločasu rozpadu (DT₅₀) účinných látek herbicidů ukazují, že v závislosti na podmínkách prostředí se u stejné účinné látky může poločas rozpadu pohybovat v rozmezí několika dní až několika měsíců. Například degradace sulfonylmočovin v půdě je poměrně rychlá, ale výrazně rozdílná u jednotlivých účinných látek a pohybuje se v rozmezí 7 až 42 dnů. Poločas rozpadu je pouze orientačním údajem, protože citlivé rostliny mohou být ovlivněny i několikanásobně delší dobu, než je poločas rozpadu účinné látky herbicidu.

Mikrobiální degradace je rozklad herbicidů (pesticidů) v půdě půdními mikroorganismy. O intenzitě rozkladu rozhoduje obsah a kvalita organické hmoty v půdě, teplotní a vláhové podmínky, obsah kyslíku a provzdušněnost půdy, reakce půdy a obsah dostupných živin. Uplatnění biologické aktivity mikrobiální složky při degradaci herbicidů závisí na tom, zda je organismus metabolizující herbicid přítomný v půdě nebo má schopnost přizpůsobit se podmínkám a v půdě se vyvíjet. Herbicid musí být ve formě, která je vhodná pro mikrobiální rozklad, musí být pro půdní mikroflóru fyzicky dostupný a musí být také schopný indukovat tvorbu specifických enzymů. Jestliže není některá z těchto podmínek splněna, nemůže nastat mikrobiální degradace v půdě nebo je výrazně negativně ovlivněna. Schopnost rozkládat pesticidy včetně herbicidů mají některé bakterie, aktinomycety a houby. K těmto mikroorganismům patří rody Pseudomonas, Achromobacter, Arthrobacter, Agrobacterium, Bacillus, Corynebacterium, Nocardia, Streptomyces, Micromonospora, Trichoderma, Alternaria, Aspergillus, Penicillium, Saccharomyces, Fusarium a některé basidiomycety.

Důležitou složkou degradačních procesů jsou půdní mikroorganismy. Zvýšená mikrobiální a enzymatická aktivita spolu s rostlinnými zbytky akumulovanými v půdě nebo se zvýšeným obsahem půdního organického uhlíku může významně dynamizovat biochemickou transformaci herbicidů. Při pronikání pesticidů z povrchových vrstev půdy do spodnějších vrstev vodou v půdě apod. se pesticidy vzdalují od faktorů, které je mohou potenciálně degradovat (sluneční záření, příjem rostlinami, činnost mikroorganismů aj.). Pokud je v hlubších vrstvách půdy snížená aktivita mikroorganismů – zejména fakultativně aerobních, které ke svému životu nutně potřebují vzdušný kyslík – zvyšuje se možnost jejich pronikání do podzemních vod a tím i kontaminace vodních zdrojů.

Na půdách, na nichž byl určitý herbicid aplikován dlouhodobě, se mohou postupně adaptovat mikrobiální společenstva se zvýšeným degradačním potenciálem, přičemž podmínky redukovaného zpracování půdy zpravidla rozvoj těchto populací podporují. Významný vliv mají také kulturní rostliny, které mohou podpořit degradaci herbicidů v půdě vlastním příjmem účinné látky kořenovým systémem a následnou metabolizací a též urychlit rozklad pomocí mikroorganismů žijících v rhizosféře rostlin. Na přítomnost herbicidů jako cizorodých látek v půdě velmi citlivě reagují mikroskopické řasy, které vážou vzdušný dusík. Již velmi nízká koncentrace (0,01 ppm) inhibuje jejich růst, početnost a fixační aktivitu. Výsledkem činnosti půdních mikroorganismů může být úplná detoxikace herbicidů, což je z hlediska dekontaminace půdního prostředí nejžádanější efekt. Mikroorganismy se přizpůsobují buď náhodnou genetickou mutací nebo indukcí adaptačních enzymů. Výsledkem těchto změn působení mikroorganismů je, že po opakovaném použití stejné účinné látky herbicidů nastává rozklad za podstatně kratší dobu. Při rozkladu 2,4-D (kyselina 2,4-dichlorfenoxyoctová) mohou herbicidy s touto účinnou látkou velmi efektivně využívat některé bakterie jako zdroj uhlíku. Rozklad mnoha herbicidů v půdě je nejen pomalý, ale i neúplný, což má za následek nahromadění reziduí. Někdy se mohou metabolity chemicky vázat na humusové látky nebo polymerizují, čímž se stávají extrémně odolnými vůči degradaci. Významný je vliv herbicidů na půdní život jako celek, protože při jejich systematickém používání se stávají jedním z ekologických faktorů půdního prostředí. V závislosti na komplexnosti ekologických faktorů stanoviště, druhu, formě a koncentraci herbicidů může být účinek inhibiční, indiferentní nebo i stimulační. Při inhibičním účinku nebyl pozorován úplný úbytek mikroorganismů, protože ve všech skupinách jsou kromě senzitivních přítomny i rezistentní druhy. Po počáteční silné depresi nastává druhý šok v podobě silného rozmnožování, které je doprovázeno přeskupením v druhové skladbě mikroflóry a mikrofauny.

Při hodnocení reziduálních účinků pesticidů v půdě je potřeba brát v úvahu, jaká mohou vzniknout rizika příjmu reziduí plodinami z krátko- a dlouhodobého hlediska a z hlediska střídání plodin v osevním postupu. Například na účinnou látku atrazin (Atranex 50 SC, Gesaprim 90 WG, Satrazin 500 SC, Zeazin S–40 a další) jsou velmi citlivé tyto plodiny: cukrovka, mák, vojtěška, mrkev, cibule, okurky aj. Atrazin je velmi stabilní a dlouhodobě perzistentní v půdě – poločas rozpadu se uvádí okolo 244 dnů. Na účinnou látku trifluralin (Synfloran 48 EC, Treflan 48 EC, Triflurex 48 EC, Trifluralin 480 EC a další) velmi citlivě reaguje cukrovka, mák, některé trávy pěstované na semeno apod. Na účinnou látku clopyralid (Cliophar 300 SL, Lontrel 300 a další) velmi citlivě reagují např. brambory, hrách, bob, mák, petržel, rajče, salát. V případě hrachu to potvrzují výsledky polních pokusů – po aplikaci clopyralidu (úč. l. Lontrelu 300) do jarního ječmene jako předplodiny hrachu setého se projevila fytotoxicita, nižší polní vzcházivost a výnosy hrachu. Na metribuzin (Sencor 70WP/70WG a další) citlivě reaguje jarní ječmen, ozimá pšenice, zelí, len, cibule, mrkev a okurky. Linuron jako účinná látka např. Afalonu 45SC nepříznivě působí rezidui na zelí, cukrovku, jetel luční, květák, špenát, cibuli a další plodiny. V praxi je možné spolehlivě a rychle zjistit, zda se v půdě nacházejí rezidua anebo ne. Nejvhodnější jsou biologické testy, protože jsou citlivé a dostatečně přesné. Princip spočívá v tom, že testovaná rostlina příznaky poškození bezpečně identifikuje přítomný herbicid, resp. jeho rezidua v půdě.

Nejvýznamnějším faktorem, který ovlivňuje množství pesticidů v půdě, je jejich sorpce na půdní koloidní systém. Sorpce účinných látek je ovlivňována sorpčními vlastnostmi půdy, chemickými a fyzikálně-chemickými vlastnostmi herbicidů. Většina účinných látek herbicidů jsou nepolární sloučeniny, ve vodě obtížně rozpustné a tvořící pouze nepravé roztoky. S rozpustností sloučenin ve vodě roste stupeň absorpce na aktivní povrchy v půdě. Vyšší absorpci mají molekuly účinných látek herbicidů s delšími alkylovými, chloralkylovými a chlorfenoxyalkylovými substituenty. Stupeň sorpce pesticidů je determinovaný zejména jejich chemickými vlastnostmi, stratigrafií půdního profilu, ale hlavně obsahem organické hmoty v půdě. Čím vyšší je obsah organické hmoty v půdě, tím vyšší je její sorpční schopnost (kapacita), což snižuje pravděpodobnost, že pesticid bude z místa aplikace přemístěn na místo, kde může koncentrovaně způsobit „elementární katastrofu“. Rozdílná sorpční schopnost koloidního systému vyplývá ze zastoupení humusových látek, jejichž sorpční kapacita je vysoká (2 000 – 5 000 mmol . kg^–1). Podobně mají rozdílnou sorpční kapacitu půdní druhy, což je ovlivněno obsahem půdních koloidů. Například písčité půdy s nízkým obsahem půdních koloidů mají sorpční kapacitu 50 – 100 mmol . kg^–1, půdy hlinité až jílovité 200 – 500 mmol . kg^–1. Rozdílná sorpční schopnost půd závisí i na zastoupení jílovitých minerálů, jejichž sorpční kapacita se pohybuje v rozmezí od 30 – 150 mmol . kg^–1 (kaolinit) do 800 – 1 500 mmol . kg^–1 (montmorrilonit). Z uvedeného vyplývá, že sorpce půdy má významný vliv na úroveň degradace pesticidů a jejich příjem rostlinami. Jestliže je pesticid silně sorbovaný na koloidní systém půdy, je menší předpoklad mikrobiální degradace, vyplavování do nižších vrstev půdního profilu a tím i nižší pravděpodobnost kontaminace podzemních vod. Stupeň vyplavování rovněž závisí na rozpustnosti herbicidu ve vodě, na sorpčních vlastnostech herbicidu a půdy, infiltračních schopnostech půdy, antigravitačním pohybu vody v půdě, úhrnu srážek před aplikací a po samotné aplikaci.

Dalším významným faktorem, který ovlivňuje perzistenci herbicidů v půdě, je jejich těkavost. Úroveň těkavosti závisí na chemických vlastnostech přípravku, teplotě prostředí, evaporaci z povrchu půdy, evapotranspiraci z povrchu rostlin a rozsahu sil, kterými je poután na povrch půdy a povrch rostliny. Herbicid se může přemisťovat buď jako částice adsorbovaná na prachové částice nebo ve formě aerosolu a kapek v průběhu samotné aplikace.

Perzistenci herbicidů v půdě je možné částečně ovlivnit úpravou podmínek prostředí pro příznivý vývoj vhodných druhů nebo skupin mikroorganismů. Vhodné a vyvážené osevní postupy, správné a cílené zpracování půdy, vyvážený systém hnojení, dodávání dostatečného množství kvalitní organické hmoty do půdy vedou k zvýšení aktivity komplexní půdní biocenózy, která se aktivně účastní degradace herbicidů  v půdě. Půda má kromě produkce biomasy celou řadu dalších funkcí, které se aktivně podílejí na degradaci cizorodých látek do ní vstupujících (filtrační a transformační, asanační, pufrační apod.). Půda však má omezenou schopnost zabezpečování těchto funkcí a nemá schopnost donekonečna eliminovat negativní vlivy způsobené člověkem i nesprávnou aplikací cizorodých látek do půdy.

Důležitou roli ve vzájemných vztazích mezi půdním prostředím a herbicidy hrají základní půdní charakteristiky. Kromě půdních vlastností je působení účinných látek herbicidů více či méně ovlivňováno agrotechnickými postupy – především zpracováním půdy, hnojením a střídáním plodin. Půdy s redukovaným zpracováním půdy nebo s mulčem na povrchu půdy se zásadně odlišují od konvenčně zpracovávaných půd zejména vyšším obsahem organického uhlíku ve svrchní vrstvě orničního profilu, tendencí k okyselování, vyšší vlhkostí, stabilnější strukturou půdy a aktivnějšími mikrobiálními populacemi, a tím i rychlejším rozkladem účinných látek herbicidů. Zpracování půdy ovlivňuje základní fyzikální a hydrofyzikální vlastnosti půdy v povrchové vrstvě, které mají vliv na povrchový odtok a erodibilitu, s nimiž úzce souvisí intenzita transportu herbicidů. Hodnoty povrchového odnosu účinných látek herbicidů se na ohrožených pozemcích pohybují na úrovni 5 % z aplikovaného množství. Při minimalizačních způsobech zpracování půdy a při výsevu do nezpracované půdy jsou uváděny nižší hodnoty ztrát herbicidů smyvem a současně rychlejší degradace. Při ponechání posklizňových zbytků předplodiny na povrchu půdy (půdoochranné technologie) dochází až k pětinásobnému snížení odnosu účinných látek (např. atrazinu, propachloru, alachloru) z jednotky plochy. Při snížené intenzitě zpracování půdy byl zjištěn dvakrát vyšší obsah atrazinu a fluometuronu v povrchové vrstvě půdy (10 – 30 mm) v souvislosti s vyšším obsahem organické hmoty v půdě. Rizikové jsou skupiny s vyšší perzistencí, např. triaziny, substituované močoviny, chloracetamidy.

Jaké jsou rámcové představy o vlastnostech přípravků na ochranu rostlin v blízké budoucnosti? Přípravky včetně herbicidů by měly mít vysokou biologickou aktivitu a velmi nízké dávky na 1 hektar (g . ha^–1). Měly by mít cílený účinek a neměly by negativně ovlivňovat člověka, užitečný hmyz, volně žijící zvěř a ryby. Měly by mít bezpečnou formulaci pro uživatele a balení nezatěžující životní prostředí. Důležitou vlastností přípravků by mělo být, aby nezanechávaly rezidua v půdě a v rostlinách. Ideální stav by měl být takový, aby sklizní ošetřené plodiny ukončily přípravky své působení v půdním prostředí.

Závěr

V příspěvku jsou popsány vlastnosti půdy (reakce půdy, sorpční vlastnosti, funkce mikrobiální složky atd.) a jejich vliv na degradaci účinných látek herbicidů v půdě. Dále jsou uvedeny negativní vlivy herbicidů na pěstované plodiny. Při možných reziduích herbicidů v půdě není potřeba tento problém dramatizovat, avšak nebylo by prozíravé ho systematicky podceňovat. Je potřeba pochopit environmentální procesy a tím zvyšovat efektivitu a současně bezpečnost aplikace herbicidů s ohledem na životní prostředí. Dále je třeba respektovat skutečnost, že chemické přípravky jsou rozhodujícím prvkem k regulaci škodlivých činitelů, ale ne jediným. Právě tak, jak se ukázalo před několika desetiletími, že bylo nesprávné přeceňovat chemickou ochranu a zanedbat ostatní způsoby ochrany, by dnes bylo ještě větší chybou tento omyl zopakovat.

Agrochémia, 9, 2005, č. 3, s. 10–13                 Zdroj info ÚZPI