В основе технологии — молекулы-пилларарены, которые помогают пестицидам лучше растворяться в воде. По данным исследователей, их применение позволяет увеличить эффективность воздействия препаратов на вредные растения в 2−4,5 раза. Эксперты отмечают, что разработка может быть перспективной для сельского хозяйства, поскольку аграриям приходится искать баланс между необходимостью защищать урожай с помощью химических средств и снижением их негативного воздействия на окружающую среду.
Эффективное уничтожение сорняков
Специалисты Казанского (Приволжского) федерального университета обнаружили соединение, добавление которого в препараты для борьбы с сорняками повышает их эффективность более чем в два раза, одновременно снижая токсичность для безвредных живых организмов. Ученые использовали в качестве компонентов, усиливающих растворение гербицидов в воде, особые молекулы-пилларарены, что и дало такой высокий результат.
— Наша разработка открывает путь к созданию нового поколения средств защиты растений — более избирательных и безопасных для природы. В перспективе подобные соединения помогут аграриям сократить количество химикатов, вносимых в почву, без потери урожайности. В дальнейшем мы планируем создать комплексные препараты «два в одном», выполняющие одновременно несколько задач. Подобные разработки позволят сократить расходы на защиту растений за счет уменьшения количества обработок и норм расхода каждого компонента, — рассказала руководитель проекта, ведущий научный сотрудник лаборатории исследований органических соединений Химического института имени А. М. Бутлерова Казанского федерального университета Анастасия Назарова.
В современном сельском хозяйстве для борьбы с сорняками повсеместно используются гербициды. Большинство таких препаратов плохо растворимы в воде, поэтому требуют использования поверхностно-активных веществ или стабилизаторов, однако эти вещества могут проникать в ткани растений и через них — в организм человека, нанося вред здоровью. Кроме того, попадая в окружающую среду, данные компоненты снижают плодородие почв и безопасность воды, а также вредят их обитателям — в первую очередь микроскопическим животным и водорослям. Поэтому ученые ищут способ уменьшить экологический ущерб от гербицидов.
Авторы смешали растворы двух самых популярных препаратов такого рода с пиллараренами — крупными органическими молекулами. Их довольно просто получать, при этом они нетоксичны для живых организмов и способны связывать другие вещества, работая как молекулярные «компаньоны», рассказали ученые. Оказалось, что при смешивании эти соединения и гербициды самопроизвольно организуются в устойчивые агрегаты в форме сфер.
Эксперименты показали, что добавки повысили эффективность гербицидов против пшеницы, которая использовалась как модель сорняка, в 2−4,5 раза. При этом соединения с пиллараренами оказались относительно безопасны для водных организмов. Так, чтобы вызвать токсический эффект у одноклеточных и рачков, понадобились концентрации в два раза большие, чем в случае чистых гербицидов. Такой избирательный эффект очень важен в сельском хозяйстве, поскольку он позволит «настраивать» свойства гербицидов для борьбы с интересующими видами и минимизации вреда для защищаемых от сорняков растений.
Применение на практике
По мнению эксперта НТИ по растениеводству Юлии Баранкиной, для сельского хозяйства особенно важно улучшение свойств гербицидов, потому что сегодня аграрии постоянно балансируют между результативной защитой посевов и экологическими рисками.
— Такая технология помогает упаковать действующее вещество в более «умную» форму. За счет этого гербицид становится более управляемым, он лучше работает там, где нужен, и при этом меньше вредит водным организмам и, вероятно, окружающей среде в целом. Это значит, что в перспективе можно будет уменьшить норму расхода химикатов, сократить число обработок и снизить нагрузку на почву и воду, — сказала она.
На практике это может решить сразу несколько задач. Во-первых, применение таких добавок позволит снизить токсичность средств защиты растений для полезных и нейтральных организмов. Во-вторых, повысится эффективность использования действующих веществ за счет уменьшения потерь, связанных с плохой растворимостью и неравномерным распределением препаратов. Кроме того, технология может сделать обработку полей более точной и экономичной. Для аграрного сектора это особенно ценно, потому что экологичность в данном случае не противоречит, а, наоборот, помогает производственной эффективности.
По мнению координатора программы экологизации промышленности Центра охраны дикой природы Игоря Шкрадюка, если использование добавки позволит значительно снизить количество гербицидов, которые применяются в сельском хозяйстве, это благоприятно скажется на окружающей среде.
Разработка интересная, но требует апробации в различных климатических и погодных условиях для разных видов растений, отметил член Общественного совета базовой организации государств — участников СНГ по экологическому образованию, доцент департамента экологической безопасности и менеджмента качества продукции Института экологии РУДН имени Патриса Лумумбы Владимир Пинаев.
— Пилларарены сами организуют гербициды в устойчивые сферические агрегаты, выполняя функцию «умных» стабилизаторов. Это позволяет исключить из формулы препарата дополнительные токсичные химикаты-солюбилизаторы. Благодаря повышению эффективности можно вносить меньше препарата на гектар. Это снижает накопление гербицидов в грунте и уменьшает расходы аграриев на химическую защиту, — сказал он.
Однако, подчеркнул специалист, выводы сделаны на основе модельных объектов в контролируемых условиях. Для окончательных оценок необходима полевая апробация.