WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 

На правах рукописи

КОЛУНТАЕВ ДМИТРИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРОДУКЦИИ РАСТЕНИЕВОДСТВА МЕТОДОМ ГРУППОВОГО АНАЛИЗА ОСТАТОЧНЫХ КОЛИЧЕСТВ ПЕСТИЦИДОВ

Специальность 03.02.08 – экология (биология)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Москва – 2012

Работа выполнена в учебно-научном консультационном центре «Агроэкология пестицидов и агрохимикатов», Российского государственного аграрного университета – МСХА им. К.А. Тимирязева.

Научный руководитель: кандидат сельскохозяйственных наук,

  профессор

  Калинин Вячеслав Александрович 

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, академик

  РАСХН, профессор

  Соколов Михаил Сергеевич

  доктор биологических наук,

  профессор

  Лунёв Михаил Иванович

Ведущая организация:  Факультет почвоведения Московского 

  государственного университета

  им. М.В. Ломоносова                        

Защита диссертации состоится «26» декабря 2012 г. в 13:00 часов на заседании Диссертационного совета Д 220.043.03 при Российском государственном аграрном университете – МСХА им. К.А. Тимирязева по адресу: 127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, д. 49., Учёный совет РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева (тел./факс 976-24-92)

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной Научной библиотеке Российского государственного аграрного университета – МСХА имени К.А. Тимирязева по адресу: 127550, Москва, ул. Тимирязевская, д. 49.

Автореферат разослан «24» ноября 2012 г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета                         Селицкая О.В

Общая характеристика работы

Актуальность исследований. В современных условиях, когда в сфере обитания человека постоянно находится множество химических веществ антропогенного характера потенциально опасных для здоровья и жизнедеятельности населения, обеспечение населения экологически безопасными продуктами питания становится одной их самых актуальных задач.

Среди показателей безопасности продукции питания и сельскохозяйственного сырья основное место занимают химические показатели, среди которых уровень остаточных количеств пестицидов занимает приоритетное место. Этот показатель также имеет большое значение при оценке безопасности продукции находящейся в обращении между странами (импорт/экспорт).

На сегодняшний момент основная часть продукции сельского хозяйства производится по технологии предусматривающей достаточно широкое применение пестицидов и, несмотря на все усилия учёных и практиков, «экологическое земледелие» пока не может обеспечить население достаточным количеством продовольствия.

Пищевые продукты, включая питьевую воду по данным Е.А. Антонович (1990 г.) являются основным источником возможного поступления в организм человека химических соединений. Для снижения возможного попадания пестицидов в организм человека государственные органы всех стран, на основе токсикологических данных по пестицидам и исследованиям по применению веществ в растениях, разрабатывают и законодательно утверждают максимально допустимые уровни остаточных количеств пестицидов в продукции, обеспечивающие безопасное использование этих продуктов в течение всей жизни человека.

Применение пестицидов строго регламентировано через систему государственной регистрации, которая предусматривает разработку регламентов их применения. Эти мероприятия сопровождаются системой мониторинга остаточных количеств пестицидов в растениеводческой продукции, которая позволяет собирать обширные данные по загрязнённости продуктов остатками пестицидов, проводить их анализ и оперативно реагировать на обстановку.

Для осуществления таких программ необходимы высокочувствительные методы анализа остаточных количеств пестицидов, позволяющие детектировать и количественно оценивать уровни остаточных концентраций пестицидов ниже официально установленных по требованиям безопасности.

В настоящий момент в России в исследованиях по осуществлению мониторинга остаточных количеств пестицидов в основном используются индивидуальные методы их определения (конкретно для каждого вещества), что значительно повышает стоимость анализов и снижает производительность лабораторий. Применение такой стратегии затрудняет оценку безопасности продукции с неизвестной историей, а также образцов обработанных несколькими наименованиями пестицидов. Поэтому существует настоятельная необходимость в разработке и внедрении в практику лабораторий Российской Федерации, новых методов группового анализа остаточных количеств пестицидов, основанных на современном приборном парке.

Наличие таких методов может позволить получать более объективную и точную информацию о содержании остаточных количеств пестицидов в продукции растениеводства, изучить закономерность распределения пестицидов в растениях с определением мест их накопления, и на новом уровне оценивать загрязнённость пестицидами, как продуктов питания, так и воду, и почву.

В связи свыше сказанным тема диссертационной работы является чрезвычайно актуальной.

Целью работы явилось оценка экологической безопасности продукции растениеводства с использованием нового метода группового анализа остаточных количеств пестицидов на основе системы ВЭЖХ с масс-спектрометрическим детектированием (МС/МС).

Для осуществления поставленной цели решались следующие задачи:

    1. Апробировать метод пробоподготовки QuEChERS в условиях российских лабораторий;
    2. Исследовать оптимальные параметры детектирования, идентификации пестицидов при масс-спектрометрическом определении;
    3. Создать собственную индивидуальную библиотеку масс-спектров с оптимально подобранными значениями энергии для наилучшей фрагментации соединений;
    4. На основе полученных данных разработать метод группового определения остаточных количеств пестицидов различных химических классов в продукции растительного происхождения;
    5. С помощью разработанной методики оценить уровень экологической безопасности плодово-ягодной продукции;
    6. Установить степень загрязнения овощной продукции остаточными количествами пестицидов;
    7. С помощью разработанной методики оценить уровень экологической безопасности цитрусовых фруктов;
    8. Установить загрязнение зерновой продукции остаточными количествами пестицидов;
    9. Установить загрязнение тропических плодовых культур остаточными количествами пестицидов;
    10. Оценить применимость метода для экологических исследований поведения пестицидов в растении и почве.

Научная новизна результатов исследований. Впервые в России апробирован и внедрён в практическую работу лаборатории метод пробоподготовки (экстракция и очистка) QuEChERS позволяющий значительно сократить время, затрачиваемое на подготовку пробы к хроматографическому анализу, сократить количество органического растворителя, тем самым способствуя к меньшей нагрузке вредными растворителями на персонал лаборатории.

Создана индивидуальная библиотека масс-спектров для идентификации и детектирования 56 соединений различных групп пестицидов методом хромато масс-спектрометрии.

На основе собственных исследований впервые в России разработан и метрологически аттестован метод группового определения остаточных количеств пестицидов различных групп с использованием масс-спектрометрического детектора.

Получены новые данные по уровню загрязнённости остаточными количествами пестицидов плодоовощной продукции и зерновой продукции, поступающей в Московский регион.

Изучено поведение системных пестицидов (имидаклоприд, флуопиколид и пропамокарб-гидрохлорид) в растении картофеля при их совместном использовании и собраны данные о влиянии их друг на друга при передвижении и локализации.

Практическая ценность работы. Полученные данные позволяют определить источники и интенсивность загрязнения продукции растениеводства, наиболее опасные химические вещества с этой точки зрения и выделить виды продукции, наиболее интенсивно загрязняемые при производстве, переработке и транспортировке.

Значимость проведённых исследований ещё более возрастает в связи с отменой в феврале 2010 года [ГН 1.2.2701-10, 2010] обязательной сертификации и введение в действие новых гигиенических нормативов в связи с образованием Единого Таможенного Союза [Положение №299 комиссии Таможенного Союза, 2010].

Разработанный в ходе исследования метод группового анализа остаточных количеств пестицидов (всего 56 пестицидов и 43 вида продукции) с использованием для подготовки проб процедуры QuEChERS прошёл метрологическую аттестацию в ФГУП «УНИИМ» города Екатеринбург (лаборатория № 22), и ему присвоен номер в государственном реестре методик РФ измерений: № 224.04.12.085/2010. Метод с успехом применяется в испытательной лаборатории Федерального государственного бюджетного учреждения «Федеральный центр оценки безопасности и качества зерна и продуктов его переработки» и рекомендован к применению в лабораториях, подведомственных Россельхознадзору.

Апробация работы и публикации. Основные положения работы докладывались на 4-ой Всероссийской конференции-школе «Фундаментальные вопросы масс-спектрометрии и её аналитические применения» (10-14 окт. 2010 г. Звенигород), на 1-ой Международной межвузовской конференции «Современные методы аналитического контроля качества и безопасности продовольственного сырья и продуктов питания» (МГУТУ им. К.Г.Разумовского).

По материалам диссертации опубликовано 4 работы, 2 из них в журналах рекомендованных комиссией ВАК.

Структура и объём работы. Диссертация имеет объём 125 страниц, содержит 6 таблиц, 23 рисунка, включает введение, 2 главы, выводы и список литературы из 170 работ, в том числе 101 на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

  1. Введение

Обоснована актуальность темы, сформулированы основная цель и задачи исследования.

  1. Обзор литературы

В данном разделе рассмотрено основное понятие экологически безопасной продукции, дана формулировка этому определению. Обоснованы и даны основные показатели экологической безопасности продукции, в частности основное внимание уделено химическим показателям и проблеме максимально допустимых уровней остаточных количеств пестицидов.

Указаны меры государственного контроля (мониторинга) импорта и экспорта растениеводческой продукции в разных странах, их цели, задачи, а также итоги ежегодных исследований. Отражены регламенты безопасного применения пестицидов, которые направлены на снижение количества остаточных пестицидов ниже допустимого уровня.

В обзоре литературы всесторонне представлен аналитический метод исследования остаточных количеств пестицидов в растениеводческой продукции, где основное внимание уделяется разработке мультиметода QuEChERS для исследования следовых концентраций пестицидов в одной пробе. Применению ВЭЖХ и масс-спектрометрических детекторов в области контроля остаточных количеств пестицидов.

  1. Экспериментальная часть
    1. Цели и задачи

Приведены в разделе «Общая характеристика работы».

3.2. Объекты, методы и условия проведения экспериментов

Объектами исследования служили пробы 43 видов растениеводческой продукции и 56 пестицидов из различных химических групп.

Для лабораторных исследований отбор проб был осуществлён в соответствии с «Унифицированными правилами отбора проб сельскохозяйственной продукции, пищевых продуктов и объектов окружающей среды, для определения микроколичеств пестицидов» (№2051-79 от 21.08.79) на 7 таможенных терминалах города Москвы и области, а именно: ОАО «Ирбис» (г. Москва, Волоколамское шоссе), ООО «Крокус Интерсервис» (Одинцовский р-н), ООО «Карго Транс Можайск» (г. Можайск), ООО «Северная Звезда A&P» (г. Коломна), ЗАО «Меркурий» (г. Электросталь), ООО «Трансинжстрой» (г. Одинцово-2), ООО «Автологистика» (Солнечногорский р-н)),

Подготовка исследуемых проб методом QuEChERS была основана на извлечении пестицидов ацетонитрилом из гомогенизированного образца, межфазовым разделением жидкостей с помощью комплекса солей и дальнейшей очистке органического слоя смесью сульфата магния и первично-вторичного аминосорбента Bondesil.

Детектирование и идентификация исследуемых пестицидов проводили с использованием системы высокоэффективной жидкостной хроматографии с тандемным масс-спектрометрическим детектором (ВЭЖХ-МС-МС) фирмы Agilent Technologies Triple Quad LC/MS/MS 6410. При хроматографирование использовали колонку для обращено-фазовой хроматографии C18 фирмы Luna (USA) (150мм x 3мм). Источник ионизации – электроспрей (ESI). Подвижная фаза состояла из 5 мM водного раствора формиата аммония и ацетонитрила с использованием градиентного режима. Температура осушающего газа (азота) - 320°C при потоке – 8 л/мин и давление 20 psi, напряжение на капилляре – 4000В, напряжение на выходе капилляра – 70-150В. Анализ проводился в режиме сканирования спектра дочерних ионов - MRM (Multiple Reaction Monitoring).

Специфичность метода была основана на том, что детектирование происходит индивидуально для каждого искомого вещества, а избирательность метода достигается за счет подбора условий хроматографии и детектирования.

В процессе лабораторных исследований применялись официально утверждённые методические указания по определению остаточных количеств пестицидов (МУК 3222-85, МУК 4.1.2458-09, МУК 4.1.1232-03, МУК 4.1.1803-03, МУК 4.1.1213-03).

Полевой опыт был проведён в 2009 году на полевой опытной станции РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева. Почва опытного участка дерново-подзолистая, среднесуглинистая (на морене), со средней обеспеченностью питательными веществами. Содержание гумуса в пахотном слое (по Тюрину) – 1,9%, рНKCl - 5,0; Нг - 4,2 мг-экв./100г; Р2О5 - 1,6 мг/100г; К2О - 8,1 мг/100г. Выращивался картофель сорта «Удача». Размер делянок 10 м2, повторность четырехкратная, размещение делянок систематическое. Схема опыта представлена в таблице 1.

Табл. 1 Схема полевого опыта

Варианты опыта

Обработка клубней при посадке от проволочника

Обработка вегетативной части от фитофтороза и вирусов

Вариант А

Обработка

не проводилась

Инфинито, КС (флуопиколид 62,5г/л + пропамокарб-гидрохлорид 625г/л) -  1,5 л/га + Командор, ВРК (имидаклоприд 200г/л) - 0,25л/га

Вариант Б

Престиж, КС

(имидаклоприд 140г/л + пенцикурон 150г/л) - норма расхода 4л/т

Инфинито, КС (флуопиколид 62,5г/л + пропамокарб-гидрохлорид 625г/л) – 1,5 л/га + Командор, ВРК (имидаклоприд 200г/л) - 0,25л/га

Отбор проб в полевом опыте был произведен в три приема: через 1, 2 и 3 недели после обработки листьев препаратом «Инфинито», в фазу цветения.

    1. Результаты и обсуждения
      1. Отработка условий пробоподготовки по методу QuEChERS в условиях российских лабораторий.

В условиях Российской Федерации отработан метод QuEChERS, при этом анализируемые объекты были разделены на три группы в зависимости от схемы твердофазной очистки экстрактов различных матриц:

«Группа 1», в которой собраны продукты с высоким содержанием воды (яблоки, груши, персики, абрикосы, вишня и др.);

«Группа 2», включала в себя продукты с высоким содержанием пигмента, например хлорофилла (листья салата, шпинат, огурцы, сельдерей и др.);

«Группа 3», была представлена продуктами с высоким содержанием масел (грецкий орех, лесной орех, каштан, рапс и др.).

Для каждой группы была разработана своя схема экстракции и очистки исследуемого образца. В ходе работы было доказано применяемость метода QuEChERS в лабораториях РФ и получены результаты степени извлечения 56 пестицидов различных классов при их одновременном присутствии во фруктах, овощах, зерне и почвах. Результаты степеней извлечения находились в пределах от 70 до 120%, что соответствует международным требованиям, при этом методика способствовала сокращению времени на пробоподготовку исследуемого образца.

      1. Исследование оптимальных параметров детектирования и идентификации пестицидов при масс-спектрометрическом определении.

Разделение коэкстрактивных веществ и пестицидов, находящихся в анализируемом экстракте, достигалось путём применения высокоэффективной жидкостной хроматографии. Как показали лабораторные исследования, обращённая неподвижная фаза на основе силикагеля с привитой C18-группой достаточно хорошо разделяет пестициды различных химических групп при использовании в качестве подвижной фазы смеси ацетонитрила с 5 mM водным раствором формиата аммония в градиентном режиме.

В целом нами было получено хорошее разделение веществ, но соединения близкие по структуре не разделялись.

Задача идентификации и детектирования подобных соединений была решена путём применения масс-спектрометрического детектора в режиме сканирования дочерних ионов (метод масс-фрагментографии). 

На основе изучения поведения пестицидов в хромато-масс-спектрометрической системе была создана собственная база индивидуальных характеристических параметров энергий ионизации и фрагментации каждого соединения для получения двух характеристических фрагментов каждого пестицида, а также времён их удерживания на колонке.

Основным и принципиальным достоинством метода масс-фрагментографии является его исключительно высокая чувствительность и селективность. Для решения задачи комплексного исследования различных групп пестицидов, нами изучались 2 режима ионизации ионов в источнике ионизации: сканирование в положительном режиме ионизации и отрицательном режиме ионизации.

Исследование показало, что при использовании режима отрицательных ионов образуются депротонированные молекулярные ионы [M-H]- из молекул, в структуре которых присутствует карбоксильная группа (2,4-Д, дикамба, МЦПА). Режим ионизации положительных ионов [M+H]+ обеспечивает возможность исследования соединений различных классов пестицидов: карбаматы, триазины, триазолы, стробилурины, фосфорорганические соединения и другие классы.

Тандемный масс-спектрометрический детектор позволяет быстро и селективно выбрать материнский ион, отбросив все другие отличающиеся массы молекул, затем организовать столкновение выбранной массы с молекулами азота для разрушения (фрагментирования) материнского иона, с образованием специфичных осколочных ионов-фрагментов (дочерних ионов), по которым и идентифицируются соединения. Таким образом, легко можно разделить соединения 2,4-Д и МЦПА близкие по химическому составу и отличные друг от друга только одной метильной группой вместо атома хлора. В частности 2,4-Д имеет массу ионизированного материнского иона равную 219 а.е.м. и дочерние ионы с массами 161 а.е.м. и 145 а.е.м., а МЦПА детектируется по материнскому иону с массой 199 и дочерними ионами 141 а.е.м. и 155 а.е.м.

В ходе исследования, нами была собрана библиотека хроматографических данных для 56 пестицидов, большинство из которых в настоящее время в аналитической практике России определяются только отдельными методами газовой хроматографии и высокоэффективной жидкостной хроматографии.

      1. Разработка процедуры нового метода группового определения остаточных количеств пестицидов различных химических классов в продукции растительного происхождения

Разработана процедура пробоподготовки, которая характеризовалась следующими этапами: 1). подготовка образца к анализу – его гомогенизация и отбор установленной части для исследования; 2). экстракции пестицидов из образцов – внесение органического растворителя ацетонитрила и комплекса солей; 3). очистка экстракта органического слоя смесью сульфата магния и первично-вторичного аминосорбента Bondesil-PSA; 4). сбор библиотечных данных; 5). идентификация и количественное определение остаточных количеств пестицидов.

Разработаны режимы работы хроматографа и режимы работы тандемного масс-спектрометрического детектора Agilent TripleQuad 6410, на рисунке 1 представлена модельная матрица 43 пестицидов в образце яблока.

Рис. 1. Диаграмма модельной матрицы 43 пестицидов, в режиме положительно заряженных ионов.

1-никосульфурон; 2-римсульфурон; 3-хлорсульфурон; 4-йодосульфурон-метил натрия; 5-метсульфурон-метил; 6-амидосульфурон; 7-тиаметоксам; 8-триасульфурон; 9-карбендазим; 10-тритосульфурон; 11-диметоат; 12-имидаклоприд; 13-тиабендазол; 14-цимоксанил; 15-хлорпирифос; 16-симазин; 17-металаксил; 18-пиримикарб; 19-диметоморф; 20-десмедифам; 21-триадименол; 22-тритиконазол;  23-ципроконазол; 24-азоксистробин; 25-триадимефон; 26-тебуконазол; 27-фенитротион; 28-ипродион; 29-прометрин; 30-тербутрин; 31-малатион; 32-дифеноконазол; 33-пираклостробин; 34-галоксифоп-П-метил; 35-трифлоксистробин; 36-диазинон; 37-хизалофоп-П-этил; 38-фозалон; 39-феноксапроп-П-этил; 40-люфенурон; 41-спироксамин; 42-хизалофоп-П-этил; 43-клоквинтосет-мексил

Методика прошла метрологическую аттестацию в ФГУП «УНИИМ» города Екатеринбург (лаборатория № 22) и ей был присвоен номер в государственном реестре методик измерений: МВИ № 224.04.12.085/2010.

      1. Общая оценка уровня экологической безопасности сельскохозяйственной продукции, импортируемой в Российскую Федерацию.

Анализ полученных результатов, за один год исследования показал, что 43,7% продукции от общего количества исследованных 2856 проб не содержали остаточных количеств пестицидов (уровень остаточных концентраций ниже предела обнаружения). 14,9% проб содержали остаточные количества пестицидов, которые превышали максимально допустимые уровни согласно требованиям безопасности РФ. 41,4% проб содержали следовые количества пестицидов, но их остатки не нарушали допустимые нормативы (рис. 2). В ходе исследования было обнаружено 35 различных пестицидов и проанализировано 43 сельскохозяйственных объекта.

Наиболее часто остаточные количества пестицидов, превышающие максимально допустимый уровень (далее МДУ), были найдены в семечковых, косточковых, цитрусовых, корнеплодах, а также винограде, огурцах и томатах, так как в производстве продукций данного вида использование пестицидов является наиболее интенсивным.

Рис. 2. Данные исследования импортной продукции в течение 1 года. Процент относительно общего количества образцов.

Анализ полученных данных и документов, регламентирующих безопасность продукции, показал, что отнесение продукции к тому или иному уровню загрязнённости остаточными количествами пестицидов зависело от действующих на момент оценки национальных и международных нормативов. Более жёсткие Российские нормативы по некоторым пестицидам (МДУ) действующие до 02.08.2010 года способствовали выбраковке по уровню остаточных количеств пестицидов значительной части продукции (табл. 2).

Табл. 2 Сравнительная таблица некоторых показателей максимально допустимых уровней содержания остаточных количеств пестицидов на территории Таможенного Союза, Евросоюза и Российской Федерации.

Пестицид

Наименова-ние продукции

МДУ Таможен-ный Союз, мг/кг

МДУ ЕС, мг/кг

МДУ Кодекс Алимента-риус, мг/кг

МДУ РФ

(ГН 1.2.1323-03), мг/кг

2,4-Д

Пшеница

0,050

0,050

2,000

нд

Диметоат

Груши

0,020

0,020

1,000

нд

Имидаклоприд

Огурцы

1,000

0,500

1,000

0,100

Имидаклоприд

Томаты

0,500

0,500

0,500

0,100

Ипродион

Морковь

0,050

0,500

10,000

нд

Ипродион

Томаты

5,000

5,000

5,000

нд

Карбендазим

Яблоки

0,050

0,200

3,000

нд

Карбендазим

Виноград

0,050

0,300

3,000

нд

Металаксил

Виноград

0,100

2,000

1,000

0,100

Металаксил

Картофель

0,050

0,050

0,050

0,050

Хлорпирифос

Яблоки

0,500

0,500

1,000

0,005

Хлорпирифос

Виноград

0,400

0,500

0,500

нн

нд – остаточные количества пестицидов недопустимы, нн – остаточные количества пестицидов не нормируется

Процесс анализа полученных данных по содержанию остаточных количеств пестицидов был разбит на два этапа: июнь-октябрь 2010 г. и ноябрь-июль 2011 года. Данное деление было вызвано Постановлением №101 от 02.08.2010 г., которое содержало утверждение ГН 1.2.2701-10 «Гигиенические нормативы содержания пестицидов в объектах окружающей среды, продовольственном сырье, пищевых продуктах» и с момента введения которых, применяемые ранее ГН 1.2.1323-03 и их дополнения №1 – 13, будут считаться утратившими силу.

Гигиенические нормативы устанавливают максимально допустимые уровни содержания остаточных количеств действующих веществ пестицидов и их опасных метаболитов в объектах окружающей среды, а также в продовольственном сырье и пищевых продуктах, как производимых на территории РФ, так и импортируемых из-за рубежа.

Если рассмотреть результаты проведённых нами исследований плодоовощной продукции, то из 2357 проанализированных нами образцов, в 17,1% (403 образца) уровни содержания остатков пестицидов превышали установленные значения МДУ. Остальная продукция либо не содержала остаточных количеств пестицидов вовсе (38,0%), либо они были найдены, но в количествах, не превышающих регламентируемых показателей согласно требованиям безопасности продукции в РФ (44,9%).

Как уже упоминалось ранее, процесс сбора данных нами был разбит на два этапа: июнь - октябрь 2010 г (I этап) и ноябрь - июль 2011 г (II этап). Таким образом, всего за I этап исследования было проанализировано 1406 образцов, что составляет 20,5 тыс. тонн плодоовощной продукции импортного происхождения, в основном это яблоки, груши, персики, а также виноград, морковь, капуста, бобовые и зелённые культуры. Продукция с выявленным загрязнением пестицидов на первом этапе составила – 23,0% от общего количества поступивших на исследование образцов (330 образцов из 1406). На II этапе был исследован 951 образец, что составляет 18,5 тыс. тонн плодоовощной продукции, из которых 7,7% образцов оказались с превышением уровня остаточных количеств пестицидов (73 образца из 951 принятого на исследование).

Основными поставщиками некачественных продуктов питания на территорию РФ в I этап исследования отмечались Молдавия (61 образец с превышением МДУ),  Польша (48 образцов), Украина (40 образцов), Сербия (39) и Турция (34).

Из Молдавии в Российскую Федерацию в основном поступали яблоки, где в 47 образцах было обнаружено превышение допустимого уровня концентрации диметоата, в 2 образцах превышение нормы карбендазима и в 5 образцах хлорпирифоса. Одновременно присутствие всех трёх пестицидов зафиксировано в 9 партиях яблок, поступивших из этой страны. До Постановления  №101 от 02.08.2010, присутствие следовых концентраций диметоата в яблоках считалось недопустимым, а его выявление являлось нарушением установленных нормативов безопасности продукции в России. За полугодовой исследовательский период таких случаев нарушения было зафиксировано в 52 образцах яблок с результатами выявленных концентраций в диапазоне от 0,04 до 0,07 мг/кг. Такие яблоки не получили сертификата соответствия требованиям безопасности и качества продукции, которые установлены в нормативных документах РФ.

Фосфорорганический контактный инсектицид – хлорпирифос, занимает лидирующие позиции среди наиболее встречаемых соединений и присутствует в яблоках, грушах, персиках, сливах, винограде и огурцах. Его превышение зафиксировано в образцах яблок (в 5,5 раз выше МДУ), в образцах груш (в 6 раз), в нектаринах, персиках и сливах превышение в среднем составляет в 3,5 раза. Также инсектицид часто встречается в винограде, импортируемом из Турецкой республики, и его содержание составляет в среднем 0,07 мг/кг.

Кроме фосфорорганических соединений, методом QuEChERS были выявлены высокие остаточные количества пестицида пиримикарб (инсектицида против тли) в поступающих образцах яблок и нектаринов, где его показатели превышали допустимый уровень в 3,6 раз и в 3 раза соответственно.

Виноград и томаты в период вегетации, часто обрабатывают фунгицидами против болезней вредоносных фитофторовых и пероноспоровых грибов, что является обоснованием присутствия в таких культурах остаточного количества ипродиона. Из 230 партий импортируемого винограда 28 оказались с превышением допустимого уровня (средний показатель 1,8 мг/кг, что более чем в 4 раза выше МДУ) остаточных количеств ипродиона. В томатах содержание этого вещества, согласно требованиям безопасности РФ недопустимо, но из 136 исследованных образцов, в трёх нами было обнаружено его присутствие, со средним уровнем остаточной концентрации - 0,08 мг/кг. Данная продукция поступала в Россию из Турции и Польши. В ягодах Турецкого винограда выявлено присутствие четырёхкратного превышения установленного уровня содержания металаксила и двукратное превышение концентрации азоксистробина.

Из 55 образцов моркови 2 образца содержали диметоат и ипродион (средняя концентрация 0,015 мг/кг и 0,075 мг/кг соответственно), что является нарушением требований безопасности, а в одном образце завышена концентрация содержания карбендазима (0,034 мг/кг). В огурцах было найдено высокое содержание инсектицида - тиаметоксама. Его содержание превышало норму в 1,2 раза. В целом из 11 видов различных овощных культур, только в 6 культурах следовых количеств пестицидов не было выявлено вовсе.

Проблемой такого несоответствия результатов и нарушения требований безопасности, как уже отмечалось, является расхождение в нормативах МДУ принятых на территории Российской Федерации и Европейского Союза. Так МДУ для карбендазима, диметоата и ипродиона в моркови на территории РФ обозначается как «недопустимое», а в европейских странах их уровни фиксированы и составляют - 0,1 мг/кг, 0,02 мг/кг и 0,5 мг/кг соответственно. Таким образом, в странах Евросоюза такая продукция будет отвечать требованиям безопасности, и считаться пригодной к потреблению человеком.

В связи с тысячекратным увеличением допустимого уровня содержания остатков хлорпирифоса в семечковых и косточковых культурах, введением допустимого уровня остаточных количеств пестицидов при исследовании диметоата, увеличением разрешённого уровня содержания остатков карбендазима в плодовых культурах, а также другие изменения в гигиенических нормативах, всё это повлекло к снижению количества выявленной загрязнённой продукции на II этапе исследования, а именно с 23,0% до 7,6%.

На II этапе исследования основным поставщиком загрязнённой плодоовощной продукции выступают страны Польша и Сербия. Из Польши в Российскую Федерацию поступали только яблоки, где в 47 случаях выявлено превышение допустимого уровня содержания карбендазима в среднем в 2 раза и лишь в одном случае в 1,5 раза по инсектициду - фозалон. В спектре других плодоовощных продуктов остаточное количество карбендазима также встречалось в персиках (средняя концентрация составляет 0,14 мг/кг), томатах (0,014 мг/кг), землянике (0,03 мг/кг) и нектаринах (0,006 мг/кг).

В целом, перечень наименований пестицидов, превышающих допустимый уровень схож с предыдущим полугодием, когда основными загрязнителями для семечковых культур были фунгициды и инсектициды: диметоат (превышение МДУ в 4 раза), фозалон (в 1,5 раза), пиримикарб (в 2 раза); для культур открытого и защищенного грунта – карбендазим и ипродион, где было зафиксировано превышение МДУ в 12 и 3,5 раза соответственно.

С учетом низких уровней гигиенических нормативов и разнообразия спектра применяемых пестицидов, в настоящее время особое значение приобретает надежность идентификации химических вещества в ходе рутинного анализа, что наиболее вероятно при применении таких мультиметодов пробоподготовки, как QuEChERS, а также оснащение лаборатории приборами в области жидкостной хроматографии с масс-спектрометрическим принципом детектирования искомых и неизвестных пестицидов. Такой исследовательский подход предполагает решение проблемы контроля экологической безопасности продукции и способствует дальнейшему мониторингу и накоплению данных о безопасности импортируемой и экспортируемой продукции сельского хозяйства на территорию Российской Федерации и из неё.

Необходимо также принимать во внимание то, что Россия является четвёртой страной по объёму экспорта зерна в мире. Такое зерно должно быть безопасным, что несёт высокую ответственность перед аналитическим (лабораторным) отделом, за репутацию в торговых отношениях страны.

В целом анализ плодоовощных культур показал, что наиболее частыми загрязнителями продукции являются такие соединения как карбендазим, хлорпирифос, диметоат, трифлоксистробин, пираклостробин и ацетамиприд. Из семечковых культур чаще всего встречаются остатки пестицидов сверх допустимого уровня в яблоках и грушах. В косточковых культурах наиболее частыми загрязнителями являются карбендазим, хлорпирифос, пиримикарб и тебуконазол и чаще всего они детектировались с завышенными концентрациями в персиках, абрикосах, сливе и нектаринах. Основными загрязнителями винограда являются азоксистробин, металаксил и ипродион. Из овощей наиболее часто встречаются остатки пестицидов в томатах, огурцах, моркови, а также в пекинской и китайской капусте. В целом уровень загрязнения плодоовощной продукции находится на уровне Европы.

Рис. 3. Количество образцов плодоовощной продукции (в %), в которых обнаружены остатки одного и более пестицидов

Надо также заметить, что кроме плодоовощной продукции, нами были собраны результаты и по другим группам сельскохозяйственных культур, а именно цитрусовые фрукты, тропические плоды и зерновая продукция. В сумме они составляют 292 образца.

Наибольшее количество образцов представлено цитрусовыми культурами  - 156 образцов. Равное количество по зерновым и тропическим культурам - 68 образцов.

Основными поставщиками загрязнённой цитрусовой продукции за один год исследования были отмечены следующие страны: Турция (4 образца), Аргентина (3 образца), Испания, Хорватия, ЮАР (все по 2 образца), Перу, Таиланд и Уругвай (по 1 образцу). Все нарушения связаны с превышением содержания фунгицида – карбендазим и инсектицида – хлорпирифос. Степень воздействия данных соединений на человека полностью зависит от их концентрации во фруктах, таки образом в спектре проанализированных цитрусовых культур превышение хлорпирифоса встречается в 3 образцах лимонов поступивших из Аргентины с превышением МДУ РФ в 4 раза, в двух образцах мандаринов поступивших из Испании и Уругвая с превышением нормы в 11,8 раз, а также в сатсумах, поступивших в РФ из Хорватии с превышением допустимого порога концентрации согласно требованиям безопасности РФ в 3 раза.

После корректировки основных показателей безопасности продукции согласно Постановлению № 101, на втором этапе исследования ни у одного образца цитрусовых фруктов превышение остаточных количеств пестицидов зафиксировано не было.

За один год исследования (июнь 2010 – июль 2011 гг.) нами выявлено всего 3 партии зерновой продукции (9,3% от проверенного) не отвечающей требованиям нормативных показателей по безопасности продукции, в том числе в одной из партий ячменя было обнаружено высокое содержание тиабендазола (в 3 раза) и тебуконазола (в 2,5 раза).

Основным загрязнителем пшеницы, является пестицид - пиримифос-метил, который эффективен при борьбе со многими вредными насекомыми и клещами. Им обрабатывают, например незагруженные склады за день до загрузки зерна на хранение. При таком способе применения его содержание обычно в несколько раз превышает МДУ. Содержание же его остаточного количества в исследуемых образцах пшеницы в основном детектировался на уровне в 1,5 раза выше максимально допустимого. Но процент его обнаружения не высок, и составляет всего 10% от общего количества проанализированной продукции этой культуры.

Процент загрязнённой зерновой продукции на втором этапе исследования, который проходил с ноября 2010 г по июль 2011 г, снизился до 3%. В процессе исследования 35 партий зерновой продукции, только в одной из них нами было выявлено превышение уровня содержания клопиралида в гречихе (превышение МДУ в 9 раз). Остальные партии зерновой продукции либо были абсолютно чистые, либо содержали в себе минимальные следовые количества пестицидов, например, в образце риса следы тебуконазола (0,004 мг/кг) и хлорпирифоса (0,048 мг/кг). При контроле продукции перемещаемой на внутреннем рынке, опасного зерна и продуктов его переработки выявлено не было.

За год исследования тропических культур, на анализ было предоставлено всего 68 образцов, что составляет 350 тонн продукции, 85% из которых являются киви. Из всей проанализированной продукции, образцов с выявленным загрязнением остаточными количествами пестицидов обнаружено не было. Надо заметить, что в плодах киви наиболее часто встречается соединение ипродион, и если на первом этапе исследования гигиеническая норма его содержания в этой культуре не нормировалась, то уже после ноября 2010 г, МДУ для ипродиона в киви установлен на уровне 15 мг/кг. Это достаточно высокая цифра, учитывая, что средний показатель концентрации по ипродиону в 49 образцах киви составляет – 0,16 мг/кг, что в 100 раз ниже установленного порога.

Всего в тропических культурах в течение года было найдено 6 различных действующих веществ, большинство из которых не нормируется на территории РФ и Таможенного Союза. 83% из них являются представителями группы фунгицидов и лишь одно соединение – инсектицид.

      1. Оценка применимости изучаемого метода для экологических исследований поведения пестицидов в растении и почве в период вегетации растения

Обеспечение безопасности продукции с точки зрения содержания остаточных количеств пестицидов невозможно без тщательной оценки динамики перераспределения пестицидов в растении. Такие исследования в процессе обработки препаратами позволяют прогнозировать места локализации и концентрации пестицидов в вегетативных органах, что наиболее актуально при исследовании процессов их метаболизма.

Нами были определены особенности перемещения химических веществ, входящих в современные препараты защиты растений: имидаклоприда, флуопиколида и пропамокарб-гидрохлорида. Для этого на полевой опытной станции РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева был проведён полевой эксперимент, и входе анализа полученных данных было изучено влияние пестицида «Престиж, КС», используемого для обработки клубней картофеля, на динамику перераспределения химических веществ, наносимых на вегетативные органы картофеля.

Оценка  динамики перемещения химических веществ, входящих в состав используемых пестицидов для обработки листьев растении картофеля, показала, что из трех используемых веществ более активно перемещается в базипетальном направлении - имидаклоприд. Обработка клубней препаратом «Престиж, КС» являлась фактором, оказывающим существенное влияние на динамику оттока  всех исследуемых веществ из листьев, но направленность этого влияния различалась. По-видимому, одновременная обработка клубней и листьев пестицидами, содержащими имидаклоприд, снижает активность оттока этого инсектицида из листьев: одновременное перемещение имидаклоприда в базипетальном и акропетальном направлениях, взаимно уменьшают интенсивность перемещения, что выражается в более высоких концентрациях веществ в листьях (в динамике). В литературе, посвященной изучению особенностей этого вещества, отмечается влияние имидаклоприда на метаболизм растений посредством хлорникотиниловых кислот и никотинамида (Pflanzenschutz, 2001; Ермолов Л.В., 2004).

В ходе исследования нами было показано, что в вариантах с обработкой клубней пестицидом «Престиж, КС» усиливался отток из листьев фунгицидов -  флуопиколида на 21.3% и пропамокарб-гидрохлорида  на 11.4%.

Данные изменений, происходящих через 2 недели после обработки листьев, показали, что вещества, входящие в состав пестицида «Престиж, КС», наносимые на клубни, активируют перемещение фунгицидов от листьев к корням. Этот процесс сопровождается увеличением выхода этих веществ в почву и увеличением их концентрации в почве в 2,75 и 2,62 раза для пропамокарб-гидрохлорида и флуопиколида соответственно.

Пестициды, нанесенные только на листья,  в течение первой недели попадали в клубни. Степень накопления остаточного количества пестицидов в клубнях зависела от того, были ли предварительно клубни обработаны пестицидом «Престиж, КС», содержащим имидаклоприд и пенцикурон.

Рис. 4. Динамика изменения концентрации имидаклоприда (%) в тканях растений картофеля на 1, 2 и 3 неделю после обработки листьев, при нанесении его и на листья растений картофеля и на клубни при посадке.

(Слева - вариант без обработки клубней, справа – вариант с обработкой клубней).

Таким образом, обработка клубней стимулировала активность базипетального передвижения флуопиколида и пропамокарб-гидрохлорида, оказывая влияние на метаболизм растений. При этом результаты содержания остаточных количеств пестицидов в клубнях не были завышены и соответствовали нормам утвержденным законодательством Российской Федерации согласно требованиям безопасности действующих на период исследования (ФЗ №109, 2006; ГН 1.2.1323-03; СанПиН 2.3.2.1078-01). Присутствие имидаклоприда и пенцикурона в рецептуре предпосевной обработки вызывает увеличение оттока флуопиколида и пропамокарб-гидрохлорида в нижнюю часть растений, по сравнению с образцами без обработки и передвижение их в почву (окружающую корневую зону).

На третью неделю после обработки листьев, максимальная концентрация следов пестицида «Престиж, КС», уже сосредотачивалась в корнях растения, что усиливало защиту молодых клубней от вредителей.

Влияние обработки клубней этим препаратом проявилось и на содержании макроэлементов в клубнях. Нами сделано предположение, что обработка пестицидом «Престиж, КС» способствовала повышению продуктивности растений и уменьшению содержания макроэлементов в клубнях калия на 28.4%, фосфора на 32,0% и азота на 42.8%. Влияние пестицидов на содержание макроэлементов в клубнях определяется одновременно многими факторами и может варьировать от условий питания, года исследований и продуктивности растений, но данные цифры были получены, зафиксированы и представлены в ходе исследования. Обработка пестицидом вызвала увеличение урожая с 26,3 т/га (без обработки) до 36,0 т/га.

Таким образом, нами было установлено влияние пестицида «Престиж, КС», используемого при обработке посадочного материала, на активность перемещения всех используемых веществ, наносимых на листья картофеля в период вегетации в нашем эксперименте, а также на содержание макроэлементов в клубнях картофеля.

  1. Выводы

По результатам проведённых исследований можно сделать следующие выводы:

  1. Метод пробоподготовки (экстракция и очистка) QuEChERS может быть успешно применён в Российских лабораториях. Полнота определения 56 веществ при использовании данного метода составляет от 70 до 120%, что соответствует международным нормам;
  2. На основе изученного хроматографического поведения в системе тандемной масс-спектрометрии пестицидов различных классов создана собственная библиотека характерных данных, позволяющая идентифицировать и детектировать соединения при их одновременном присутствии в образце;
  3. Разработана методика измерений остаточных количеств пестицидов, позволяющая одновременно определить в одной пробе 56 действующих веществ пестицидов с нижним пределом обнаружения до 0,005 мг/кг;
  4. Оценка загрязнённой импортной растениеводческой продукции остаточными количествами пестицидов в значительной степени затруднена различиями в допустимых уровнях остатков пестицидов установленных международными организациями (Codex Alimentarius) и Российскими государственными органами. В частности для семечковых культур, в 2010 году максимально допустимый уровень концентрации хлорпирифоса по Евросоюзу составлял 0,5 мг/кг, а в Российской Федерации - 0,005 мг/кг. Остаточные количества пестицида карбендазим в семечковых и косточковых культурах на территории Европы допустим в концентрации до 0,05 мг/кг, в тоже время на территории Российской Федерации даже малейшая концентрация данного соединения являлась бы нарушением регламента безопасности, что также касалось и культуры виноград.
  5. В период с 2010 по 2011 год, в целом 56,3% растениеводческой продукции, поступающей через таможенные пункты Москвы, содержали остаточные количества пестицидов, из них 14,9% содержали остаточные количества пестицидов, превышающие максимально допустимый уровень.
  6. Наиболее часто остаточные количества пестицидов обнаруживались в семечковых, косточковых, цитрусовых культурах, корнеплодах, а также винограде, огурцах и томатах. Экологически безопасной продукцией можно признать продукты, относящиеся в основном к классу овощных культур – перец, баклажаны, картофель, сельдерей, белокочанная капуста, чеснок; косточковые плоды - вишня, черешня; цитрусовые культуры - грейпфрут. Несколько наименований пестицидов одновременно детектировались в образцах яблок, винограда, томатов, моркови, сливах, нектаринах и цитрусовых культурах (мандарины, апельсины).
  7. Наиболее часто в плодах семечковых культур (яблоки, груши) встречались следующие пестициды: хлорпирифос, диметоат, карбендазим, пираклостробин, трифлоксистробин и ацетамиприд. При этом уровни содержания пестицидов хлорпирифос, диметоат и карбендазим систематически превышали допустимый уровень согласно показателям безопасности на территории Российской Федерации.
  8. В овощных культурах наиболее часто встречались пестициды: карбендазим, пиримифос-метил, ипродион, имидаклоприд и диметоат. При этом уровни содержания пестицидов ипродиона, карбендазима и диметоата систематически превышали допустимый уровень, согласно показателям безопасности использования сельскохозяйственной продукции на территории Российской Федерации.
  9. В образцах зерновых культур наиболее часто встречались пестициды тебуконазола, хлорпирифоса, клопиралида, тиабендазола и пиримифос-метила. При этом было выявлено превышение допустимого уровня концентрации пестицидов пиримифос-метила и клопиралида.
  10. В 2010 и 2011 годах, основными поставщиками загрязнённой продукции остаточными количествами пестицидов на территорию РФ являлись следующие страны-импортёры: на I этапе - Молдавия, Польша, Украина, Сербия, Турция; на II этапе – Польша, Сербия и Турция. В связи с полученными данными, необходимо сделать вывод, что продукция, поступающая из перечисленных стран, должна более тщательно контролироваться.
  11. Изучено поведение системных пестицидов (имидаклоприд, флуопиколид и пропамокарб-гидрохлорид) в растении картофеля при их совместном использовании, собраны данные о влиянии их друг на друга при передвижении и локализации. Обработка клубней пестицидом, содержащим в своём составе имидаклоприд и пенцикурон, стимулировала активность базипетального передвижения препаратов флуопиколида и пропамокарб-гидрохлорида, оказывая влияние на метаболизм растений, по сравнению с образцами без обработки и способствовала передвижению их в почву (окружающую корневую зону). При этом результаты содержания соединений в клубнях не были завышены и соответствовали МДУ. Эти обстоятельства необходимо учитывать при оценке экологической безопасности получаемой продукции.
  12. Разработанная нами методика измерения остаточных количеств пестицидов в пробах овощей, фруктов, зерна и почв методом хромато-масс-спектрометрии (ФР.1.31.2010.07610) может быть использована в экологических исследованиях по изучению поведения пестицидов и их метаболизмов в растении и почвах. Особенно в тех случаях, когда требуется идентификация неизвестных соединений на низких пределах обнаружения.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

  1. Колунтаев Д.А., Добрева Н.И. Методика измерений остаточных количеств пестицидов в овощах, фруктах, зерне и почве методом жидкостной хромато-масс-спектрометрии//Сборник тезисов Четвёртой Всероссийской Конференции-школы: «Фундаментальные вопросы масс-спектрометрии и её аналитические применения», - М.: 2010. – 200 с.
  2. Колунтаев Д.А., Березовский Е.В., Доля А.В., Пухальская Н.В. Апробация нового метода пробоподготовки QuEChERS в исследовании по химическим средствам защиты растений//Плодородие, 2010 №3. – с. 39-41.
  3. Колунтаев Д.А., Калинин В.А. Метод группового анализа остаточных количеств пестицидов для оценки безопасности сельскохозяйственной продукции//Сборник материалов 1-ой международной межвузовской конференции «Современные методы аналитического контроля качества и безопасности продовольственного сырья и продуктов питания», Москва 2010 – с. 26-30.
  4. Колунтаев Д.А., Пузырьков П.Е., Сухова В.Л., Добрева Н.И. Использование нового метода пробоподготовки «QuEChERS» для определения остаточных количеств пестицидов в целях мониторинга экологической безопасности импортируемой плодоовощной продукции в Российскую Федерацию//Агро XXI век, 2011 №10-12, с.24-27.






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.