Nitrogen-fertilizer addition to an agricultural soil enhances biogenic non-extractable residue formation from 2-13C,15N-glyphosate.
Sci Total Environ · 2024 · 918:170643 · PMID 38320697 · 등급5 동물·현장 현장조사 · 물질과 작용기전 > AMPA·분해 · AMPA
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글리포세이트와 질소(N) 또는 인(P) 비료는 농경지에 조합하여 자주 사용된다. 미생물에 추가되는 P 또는 N 공급은 글리포세이트 분해를 사르코신/글리신 또는 아미노메틸포스폰산(AMPA) 쪽으로 유도할 수 있으며, 결과적으로 추출 불가능 잔류물(NERs)의 종 특성을 결정한다: 무해한 생물 유래 NERs(bioNERs) 또는 잠재적으로 위험한 외인성 NERs(xenoNERs). 따라서 본 연구에서는 P 또는 N 비료가 농경 토양에서 글리포세이트 미생물 분해 및 bioNER 형성의 효과를 조사하였다. 네 가지 다른 처리구는 20 °C에서 75일 동안 다음과 같이 배양되었다; I: 무비료 (2-13C, ${}^{15}\text{N}$-글리포세이트만, 대조군), II: P 비료 (초인산염 + 2-13C, ${}^{15}\text{N}$-글리포세이트, P 공급 효과), III: N 비료 (질산암모늄 + 2-13C, ${}^{15}\text{N}$-글리포세이트, N 공급 효과) 및 IV: ${}^{15}\text{N}$ 비료 (${}^{15}\text{N}$-질산암모늄 + 2-13C-글리포세이트, 미생물의 ${}^{15}\text{N}$ 동화 분별: ${}^{15}\text{N}$ 비료 대 ${}^{15}\text{N}$-글리포세이트). 본 연구에서는 광물화, 추출 가능 잔류물, NERs 및 아미노산(AAs) 내의 ${}^{13}\text{C}$ 또는 ${}^{15}\text{N}$을 정량화하였다. 최종적으로, 광물화($^{13}\text{C}$의 36-41 %), 추출 가능한 2-13C,${}^{15}\text{N}$-글리포세이트/2-13C-글리포세이트(0.42-0.49 %) 및 ${}^{15}\text{N}$-AMPA(1.2 %), 그리고 $^{13}\text{C}$/${}^{15}\text{N}$-NERs($^{13}\text{C}$의 40-43 %, ${}^{15}\text{N}$의 40-50 %)는 처리구 간에 비교 가능하였다. 대조적으로, ${}^{15}\text{N}$ 비료에서 유래한 ${}^{15}\text{N}$-NERs는 ${}^{15}\text{N}$의 단지 6.6 %만을 차지하였다. 특히, N 비료는 2-13C,${}^{15}\text{N}$-글리포세이트로부터 $^{13}\text{C}$/${}^{15}\text{N}$이 AAs로 통합되고 결과적으로 $^{13}\text{C}$/${}^{15}\text{N}$-bioNERs 형성을 촉진하였다. $^{13}\text{C}$/${}^{15}\text{N}$-AAs는 초기 첨가된 동위원소 대비 N 비료(16-21 %) > 대조군(11-13 %) > P 비료(7.2-7.3 %) 순으로 나타났다. 2-13C,${}^{15}\text{N}$-글리포세이트는 모든 처리구에서 사르코신/글리신 및 AMPA를 통해 동시에 분해되었다. N 비료 처리된 토양의 NERs 내 bioNERs 비율이 가장 높았으며 (13C: 80-82 %, 15N: 100 %), 이는 대조군(13C 및 15N, 53 %) 및 P 비료 처리구(13C 및 15N, 30 %)보다 높은 수치였다. 따라서 본 연구는 토양에 N과 글리포세이트를 동시에 첨가하는 것이 bioNER 형성 증가로 인해 환경에 유익할 수 있으나, P와 글리포세이트의 적용은 xenoNER 형성을 촉진하여 불리할 수 있음을 결론지었다.ORIGINAL ABSTRACT
Glyphosate and nitrogen (N) or (P) phosphorus fertilizers are often applied in combination to agricultural fields. The additional P or N supply to microorganisms might drive glyphosate degradation towards sarcosine/glycine or aminomethylphosphonic acid (AMPA), and consequently determine the speciation of non-extractable residues (NERs): harmless biogenic NERs (bioNERs) or potentially hazardous xenobiotic NERs (xenoNERs). We therefore investigated the effect of P or N-fertilizers on microbial degradation of glyphosate and bioNER formation in an agricultural soil. Four different treatments were incubated at 20 °C for 75 days as follows; I: no fertilizer (2-13C,15N-glyphosate only, control), II: P-fertilizer (superphosphate + 2-13C,15N-glyphosate, effect of P-supply), III: N-fertilizer (ammonium nitrate + 2-13C,15N-glyphosate, effect of N-supply) and IV: 15N-fertilizer (15N-ammonium nitrate + 2-13C-glyphosate, differentiation between microbial assimilations of 15N: 15N-fertilizer versus 15N-glyphosate). We quantified 13C or 15N in mineralization, extractable residues, NERs and in amino acids (AAs). At the end, mineralization (36-41 % of the 13C), extractable 2-13C,15N-glyphosate/2-13C-glyphosate (0.42-0.49 %) & 15N-AMPA (1.2 %), and 13C/15N-NERs (40-43 % of the 13C, 40-50 % of the 15N) were comparable among treatments. Contrastingly, the 15N-NERs from 15N-fertlizer amounted to only 6.6 % of the 15N. Notably, N-fertilizer promoted an incorporation of 13C/15N from 2-13C,15N-glyphosate into AAs and thus the formation of 13C/15N-bioNERs. The 13C/15N-AAs were as follows: 16-21 % (N-fertilizer) > 11-13 % (control) > 7.2-7.3 % (P-fertilizer) of the initially added isotope. 2-13C,15N-glyphosate was degraded via the sarcosine/glycine and AMPA simultaneously in all treatments, regardless of the treatment type. The percentage share of bioNERs within the NERs in the N-fertilized soil was highest (13C: 80-82 %, 15N: 100 %) compared to 53 % (13C & 15N, control) and to only 30 % (13C & 15N, P-fertilizer). We thus concluded simultaneous N & glyphosate addition to soils could be beneficial for the environment due to the enhanced bioNER formation, while P & glyphosate application disadvantageous since it promoted xenoNER formation.| 저자 | Aslam, S.; Nowak, K. M. |
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| 저널 | The Science of the total environment |
| 권·호·쪽 | 918, 170643 |
| PMID | 38320697 |
| DOI | 10.1016/j.scitotenv.2024.170643 |
| MeSH | Glyphosate; Fertilizers; Soil; Herbicides; Nitrogen; alpha-Amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic Acid; Sarcosine; Glycine; Soil Pollutants; Nitrates |