Συμπεριφορά των ζιζανιοκτόνων atrazine και metolachlor και των μεταβολιτών τους στο έδαφος

Abstract

The unequivocal presence of residues of atrazine and metolachlor in groundwater of the Ardas Valley in the North area of the Evros county, Greece, where corn was cultivated for the last 20-25 years as opposed to other areas of Greece where corn was also grown and the same pesticides were used as heavily as in the Ardas Valley, however, pesticide detections in ground water were rarely found, justified the scientific need to further investigate the conditions and mechanisms responsible for the presence of these compounds in groundwater. Thus an extensive research program was initiated in 1999 to explore and acquire knowledge about the fundamental mechanisms and processes affecting the mobility and bioavailability of pesticides in soils of the studied area and develop a protocol of agricultural practice supporting the safe use of these pesticides in the Ardas valley. For this purpose three experimental fields were established in the area, namely Keramos, Rizia and Plati, where corn was grown during the period of 1999-2003. During the same period all agricultural activities and practices (soil cultivation, corn sowing, herbicide applications irrigation regimes etc.) were under the full control and modified as necessary during the course of the study. Laboratory experiments were conducted with soil and sub-soil samples of these fields while all field and in situ experimentation was also carried out in the same fields. The sorption of atrazine, metolachlor, deethylatrazine (DEA), deisopropylatrazine (DIA), and hydroxyatrazine (HA) was investigated individually in batch equilibrium experiments carried out with soils taken from 0-10, 10-20, 20-40, 40-80 and 80-110 cm depth of each experimental field. For this purpose a modification of the “batch equilibrium” method was adopted to better represent the sorption/desorption conditions taken in effect in practice in the study area where atrazine and metolachlor are applied to dry soils of corn fields followed by irrigation. In soil samples of the same depths, as above, and of the same fields the DT50 values of atrazine and metolachlor were determined under laboratory conditions with the soils incubated at 25 0C. In the same samples the evolution with incubation time of major conversion products of both atrazine and metolachlor was also quantitatively monitored. Metabolism studies were carried out in both soils of previously exposed and not exposed to atrazine or metolachlor taken from central sites and field margins, respectively, of the experimental fields. In these same soils the make-up of biomass, in quantitative and Περίληψη 22 qualitative terms, was also monitored during the incubation period of the metabolism studies. Pesticide leaching, under field conditions, was studied by use of suction lysimeters installed in each experimental field in Autumn of 1999 and monitored during the growing seasons of 2000-2003. During the same period the presence of the compounds of interest was monitored in the phreatic horizon of each field via boreholes installed in each field, respectively, while the presence of pesticides in deep ground water aquifers was monitored in water samples taken from drinking water wells of communities of the surrounding areas

Η συστηματική ανίχνευση υπολειμμάτων των ζιζανιοκτόνων atrazine και metolachlor και σημαντικών προϊόντων αποδόμησής τους στα υπόγεια νερά της Κοιλάδας του Άρδα, στο Βόρειο Τμήμα του Ν. Έβρου, αποτέλεσε το έναυσμα της έρευνας για την εις βάθος διερεύνηση του/των μηχανισμού/ων έκπλυσης που επικρατούν στην περιοχή και ευνοούν την ταχεία μετακίνηση των ανωτέρω ουσιών προς τα βαθιά υδροφόρα στρώματα. Για το σκοπό αυτό μελετήθηκαν οι σημαντικότερες παράμετροι που επηρεάζουν το φαινόμενο της έκπλυσης των γεωργικών φαρμάκων υπό συνθήκες εργαστηρίου, προσομοιάζοντας όσο το δυνατόν πιο αξιόπιστα τη συνήθη γεωργική πρακτική, αλλά και συνθήκες αγρού και in situ πειραματισμό για τη σαφέστερη περιγραφή του φαινομένου και διασάφηση του μηχανισμού έκπλυσης φαρμάκων προς τα υπόγεια υδροφόρα της περιοχής. Στην υπό μελέτη περιοχή επιλέχθηκαν τρεις πειραματικοί αγροί, ευρισκόμενοι εκατέρωθεν του ποταμού Αρδα, και οι οποίοι καλλιεργούνταν με αραβόσιτο καθ΄ όλη την πειραματική περίοδο (1999-2003) υπό συνθήκες της συνήθους γεωργικής πρακτικής της περιοχής αλλά υπό καθεστώς πλήρους επιτήρησης όλων των εργασιών (σπορά, ψεκασμοί γεωργικών φαρμάκων, αρδεύσεις κ.α.). Όλα τα εργαστηριακά πειράματα έγιναν σε εδάφη των αγρών αυτών και παράλληλα οι έρευνες αγρού και in situ πειραματισμοί επίσης διεξήχθησαν στους ίδιους αγρούς. Προσδιορίσθηκαν οι σταθερές προσροφήσεως των ζιζανιοκτόνων atrazine, metolachlor και των σημαντικών προϊόντων αποδόμησης της atrazine ήτοι της DEA (από-αιθυλιωμένη atrazine), DIA (από-ισοπροπυλιωμένη atrazine) και HA (υδροξυλιωμένη atrazine) σε εδάφη με βάθος 0-10, 10-20, 20-40, 40-80 και 80-110 cm από το κάθε αγροτεμάχιο. Τα σχετικά πειράματα έγιναν προσομοιάζοντας τις συνθήκες που επικρατούν στον αγρό κατά και αμέσως μετά τον ψεκασμό των μητρικών μορίων των υπό μελέτη ζιζανιοκτόνων τροποποιώντας κατάλληλα την κλασική μέθοδο ``αποκατάστασης ισορροπίας`` που εφαρμόζεται συνήθως για τον πειραματικό προσδιορισμό των σταθερών προσροφήσεως οργανικών ουσιών στο έδαφος. Σε αντίστοιχα δείγματα εδαφών από τα ίδια βάθη μελετήθηκε η ταχύτητα αποδόμησης των μητρικών μορίων με σκοπό να προσδιοριστούν οι αντίστοιχες τιμές DT50 και να καταγραφεί η χρονική και χωρική εμφάνιση των προϊόντων αποδόμησης. Επίσης πειράματα μεταβολισμού διεξήχθησαν και σε εδάφη μη πρότερης έκθεσής τους στα υπό μελέτη ζιζανιοκτόνα ώστε να διαπιστωθεί η επίπτωση της προσαρμογής των Περίληψη 16 εδαφών στην υπολειμματικότητα των γεωργικών φαρμάκων. Στα ίδια εδάφη καταγράφηκε τοπικά και χρονικά η μεταβολή της σύστασης της βιομάζας του εδάφους. Το φαινόμενο της έκπλυσης μελετήθηκε με πειράματα λυσιμέτρων υποπιέσεως που εγκαταστάθηκαν στα αγροτεμάχια και παρακολουθήθηκαν με συνεχείς δειγματοληψίες εδαφικού νερού για τέσσερα συνεχόμενα έτη (2000-2003) κατά τα οποία ήταν εγκατεστημένη καλλιέργεια αραβοσίτου και γίνονταν επεμβάσεις ζιζανιοκτονίας με atrazine, alachlor και metolachlor. Παράλληλα, κατά την έναρξη της κάθε καλλιεργητικής περιόδου εφαρμόζονταν και ποσότητα βρωμιούχου καλίου στα σημεία εγκατάστασης των συστάδων των λυσιμέτρων. Κατά την ίδια χρονική περίοδο ελέγχονταν η παρουσία των υπό μελέτη ουσιών και στον φρεάτιο ορίζοντα της κάθε περιοχής με τη βοήθεια ειδικών πειραματικών γεωτρήσεων που εγκαταστάθηκαν στο περιθώριο των ίδιων αγροτεμαχίων. Ο έλεγχος της παρουσίας υπολειμμάτων γεωργικών φαρμάκων στα βαθιά υδροφόρα στρώματα της περιοχής συνεχίζονταν με δειγματοληψίες από κοντινές προς τα πειραματικά τεμάχια υδρευτικές γεωτρήσεις.