Glyphosate use in urban landscape soils: Fate, distribution, and potential human and environmental health risks.
J Environ Manage · 2021 · 292:112786 · PMID 34030020 · 등급5 동물·현장 현장조사 · 환경과 생태 > 토양 거동 · 사람 · 식이
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본 연구는 도시 경관에서 광범위하게 사용되는 제초제인 글리포세이트의 토양 내 거동 및 분포, 그리고 잠재적 노출 위험을 조사하였다. 도시 토양에서의 글리포세이트 흡착 속도 결정 단계는 유사 2차 반응 속도론 모델을 따르는 교환 또는 전자 공유를 통한 화학흡착 과정을 포함하였다. 프룬들리히 등온선 모델에서 입증되었듯이, 글리포세이트는 토양 유기물(OM)과 점토 광물의 불균질한 표면에 분배된 후 토양 미세 기공으로 확산된다. 주성분 분석 결과, 토양 OM($R^2 = 0.873$), $\text{Al}$ 산화물($R^2 = 0.361$) 및 $\text{Fe}$ 산화물($R^2 = 0.126$), 그리고 점토 함량($R^2 = 0.061$)과 실트($R^2 = 0.432$)는 글리포세이트의 분포 계수($K_d$)와 양의 상관관계를 보인 반면, 알칼리성 $\text{pH}$($R^2 = -0.389$)와 모래 함량($R^2 = -0.343$)은 $K_d$ 값과 음의 상관관계를 나타냈다. $\text{C-H}$ 및 $\text{CO}$ 작용기를 포함하는 잘 분해된 토양 OM은 글리포세이트 흡착을 증가시켰으나, 부분적으로 또는 분해되지 않은 OM은 탈착 과정을 촉진하였다. 선택된 9개 토양 중 7개 토양에서 역히스테리시스 효과($HI = 0.74-1.0$)로 인해 글리포세이트의 탈착이 유리하게 나타났다. 도시 토양에 대해 계산된 높은 용출 지수(0.31-1.0)와 지하수 만연도 점수(1.60-3.44)는 토양 표면에서 수계로의 글리포세이트의 큰 용출 잠재력을 시사하였다. 불투수성 표면에 글리포세이트를 사용하는 것은 수원에 직접 오염을 일으키고 식수의 적합성, 비표적 생물 및 식품 안전성에 영향을 미칠 수 있다. 계산된 암 발암 위험($10^{-8}–10^{-12}$)과 유해성 지수($1.47 \times 10^{-6}–4.12 \times 10^{-6}$)는 피부, 섭취 및 흡입 경로를 통해 글리포세이트 오염 토양에 노출되는 것이 인간에게 미치는 발암성 및 비발암성 위험이 무시할 만하거나 없을 수 있음을 시사하였다. 따라서, 글리포세이트는 인체와 환경에 대한 건강 영향을 최소화하기 위해 도시 경관에서 권장 농도에 따라 신중하게 적용되어야 하며, 특히 불투수성 표면을 중심으로 사용해야 한다.ORIGINAL ABSTRACT
This novel study investigated the fate and distribution in soils, and potential exposure risk of glyphosate, an extensively used herbicide in urban landscapes. The rate-determining step of glyphosate sorption in urban soils involved chemisorption processes through exchange or sharing of electrons that followed the pseudo-second-order kinetics model. As evidenced by the Freundlich isotherm model, glyphosate gets partitioned into heterogeneous surfaces of soil organic matter (OM) and clay minerals, and then diffused into soil micropores. The principal component analysis revealed that soil OM (R2 = 0.873), oxides of Al (R2 = 0.361) and Fe (R2 = 0.126), and contents of clay (R2 = 0.061) and silt (R2 = 0.432) were positively correlated with the distribution coefficient (Kd) of glyphosate, while alkaline pH (R2 = -0.389) and sand content (R2 = -0.343) negatively correlated with the Kd values. Well-decomposed soil OM, consisting of C-H and CO functional groups, enhanced glyphosate sorption, whereas partially decomposed/undecomposed OM facilitated desorption process. Desorption of glyphosate was favoured in seven of nine selected soils due to adverse hysteresis effects (HI = 0.74-1.0). The higher values of leachability index (0.31-1.0) and groundwater ubiquity score (1.60-3.44) calculated for the urban soils indicated the great leaching potential of glyphosate from soil surface to waterbodies. Use of glyphosate on impermeable surfaces might directly contaminate water sources and affect potability of water, non-target biota, and food safety. The calculated values of cancer risk (10-8‒10-12) and hazard quotient (1.47 × 10-6‒4.12 × 10-6) suggested that the human exposure to glyphosate-contaminated soils through dermal, ingestion and inhalation pathways might cause negligible or no carcinogenic and non-carcinogenic risks to humans. Therefore, glyphosate should be applied judiciously at recommended concentrations in the urban landscapes, mainly on impervious surfaces, to minimize its health impacts in humans and environment.| 저자 | Meftaul, I. M.; Venkateswarlu, K.; Annamalai, P.; Parven, A.; Megharaj, M. |
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| 저널 | Journal of environmental management |
| 권·호·쪽 | 292, 112786 |
| PMID | 34030020 |
| DOI | 10.1016/j.jenvman.2021.112786 |
| MeSH | Adsorption; Environmental Health; Glycine; Herbicides; Humans; Soil; Soil Pollutants; Glyphosate |