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Mechanistic modeling indicates rapid glyphosate dissipation and sorption-driven persistence of its metabolite AMPA in soil.
J Environ Qual · 2023 · 52:393-405 · PMID 36417923 · 등급6 세포·모델 모델링연구 · 물질과 작용기전 > AMPA·분해 · AMPA
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글리포세이트와 그 주요 대사 산물인 아미노메틸포스폰산(AMPA)의 잔류 농도는 토양에서 흔히 관찰된다. 이들의 생분해를 조절하는 요인은 현재까지 잘 알려져 있지 않다. 본 연구에서는 일련의 미소생태계 실험을 통해 토양 내 글리포세이트와 AMPA의 흡착 제한적 생분해를 분석하였다. 평형 및 동역학적 흡착을 고려한 메커니즘 모델은 실험 결과를 해석하는 데 도움을 주었다. 두 화합물 모두 초기 빠른(최대 7-10일) 변화율과 이후 더 느린 변환 속도를 보이는 이단계 소실 양상을 보여, 이는 흡착 제한적 분해를 시사하였다. 글리포세이트의 변환은 평형 흡착만을 고려하여 설명하는 것이 적절했다. 모델 시뮬레이션 결과, 총 글리포세이트 중 0.02-0.13%만이 토양 용액에 존재하며 생물 이용 가능하다는 것을 시사하였다. 글리포세이트의 변환은 용액상에서 빨랐으며(총 초기 첨가 화학 물질의 50% 소실에 필요한 시간 [DT50] = 3.9분), 강한 평형 흡착에도 불구하고 토양 내 총 글리포세이트는 빠르게 소실되었다(DT50 = 2.4일). AMPA의 소실 동역학은 평형 및 동역학적 흡착을 모두 고려할 때만 설명될 수 있었다. 글리포세이트와 비교했을 때, 모델 시뮬레이션 결과 총 AMPA의 더 높은 비율이 용해되어 직접적으로 생물 이용 가능했지만(0.27-3.32%), 용해된 AMPA의 생분해는 더 느렸다(DT50 = 1.9시간). 모델 기반 데이터 해석에 따르면, 동역학적 흡착은 AMPA의 생체 이용성을 크게 감소시켜 토양 내 AMPA의 지속성 증가를 초래한다(DT50 = 12일). 따라서 강한 흡착과 빠른 분해가 결합된 것은 우세 흐름이 없는 경우 토양을 통한 수직 이동에 의한 글리포세이트 용탈 위험이 낮음을 시사한다. 토양 미생물에 대한 생태독성 영향은 감소할 수 있다. 반면, AMPA는 지속되어 이러한 위험을 더 높게 만든다.
ORIGINAL ABSTRACT
Residual concentrations of glyphosate and its main transformation product aminomethylphosphonic acid (AMPA) are often observed in soils. The factors controlling their biodegradation are currently not well understood. We analyzed sorption-limited biodegradation of glyphosate and AMPA in soil with a set of microcosm experiments. A mechanistic model that accounts for equilibrium and kinetic sorption facilitated interpretation of the experimental results. Both compounds showed a biphasic dissipation with an initial fast (up to Days 7-10) and subsequent slower transformation rate, pointing to sorption-limited degradation. Glyphosate transformation was well described by considering only equilibrium sorption. Model simulations suggested that only 0.02-0.13% of total glyphosate was present in the soil solution and thus bioavailable. Glyphosate transformation was rapid in solution (time required for 50 % dissipation of the total initially added chemical [DT50 ] = 3.9 min), and, despite strong equilibrium sorption, total glyphosate in soil dissipated quickly (DT50 = 2.4 d). Aminomethylphosphonic acid dissipation kinetics could only be described when considering both equilibrium and kinetic sorption. In comparison to glyphosate, the model simulations showed that a higher proportion of total AMPA was dissolved and directly bioavailable (0.27-3.32%), but biodegradation of dissolved AMPA was slower (DT50 = 1.9 h). The model-based data interpretation suggests that kinetic sorption strongly reduces AMPA bioavailability, leading to increased AMPA persistence in soil (DT50 = 12 d). Thus, strong sorption combined with rapid degradation points to low risks of glyphosate leaching by vertical transport through soil in the absence of preferential flow. Ecotoxicological effects on soil microorganisms might be reduced. In contrast, AMPA persists, rendering these risks more likely.
저자Wimmer, B.; Langarica-Fuentes, A.; Schwarz, E.; Kleindienst, S.; Huhn, C.; Pagel, H.
저널Journal of environmental quality
권·호·쪽52(2), 393-405
PMID36417923
DOI10.1002/jeq2.20437
MeSHSoil; alpha-Amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic Acid; Isoxazoles; Herbicides; Soil Pollutants; Tetrazoles; Environmental Monitoring; Glyphosate; Organophosphonates; Organophosphorus Compounds
APA 7판
Wimmer, B., Langarica-Fuentes, A., Schwarz, E., Kleindienst, S., Huhn, C., & Pagel, H. (2023). Mechanistic modeling indicates rapid glyphosate dissipation and sorption-driven persistence of its metabolite AMPA in soil. J Environ Qual, 52(2), 393-405. https://doi.org/10.1002/jeq2.20437
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