DOI: https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2026.119683
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41512773
تاريخ النشر: 2026-01-01
المؤلف: Xiaomei Yang وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات بيئية للمبيدات الحشرية والأعشاب
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة تأثير حجم تجمعات التربة على ديناميات تحلل الجليفوسات ومستقلبه، حمض الأمينوميثيلفوسفونيك (AMPA)، بالإضافة إلى تأثيراتها البيوجيوكيميائية المرتبطة بها على مدى 30 يومًا. تكشف الأبحاث أن تجمعات التربة الأصغر (<0.05 مم) تظهر معدلات تحلل جليفوسات مثبطة بشكل كبير، مما يؤدي إلى تركيزات أعلى من الجليفوسات في المراحل المبكرة (<14 يومًا) ومستويات مرتفعة من AMPA في المراحل اللاحقة (>14 يومًا) مقارنة بالتجمعات الأكبر. بينما تظهر معدلات التحلل البيولوجي الإجمالية للجليفوسات وAMPA حساسية محدودة لحجم التجمعات، فإن الاستجابات البيوجيوكيميائية—لا سيما أنشطة إنزيمات التربة والفوسفور المتاح (AP)—تظهر تباينات كبيرة عبر أحجام التجمعات المختلفة.
تشير النتائج إلى أن التجمعات الأصغر لا تحتفظ بالجليفوسات لفترة أطول فحسب، بل تؤثر أيضًا بشكل كبير على نشاط الميكروبات في التربة ودورة الفوسفور، مع تغييرات سريعة لوحظت في أنشطة الإنزيمات بعد تطبيق الجليفوسات. تقترح هذه النتائج أن بقاء الجليفوسات وAMPA قد لا يعكس بدقة تأثيراتهما البيئية، مما يبرز الحاجة إلى الحذر عند استخدام معدلات التحلل كبدائل للسمية البيئية. تدعو الدراسة إلى مزيد من التحقيق في الآثار السلبية المحتملة للجليفوسات على دورة الفوسفور في التربة ودور حجم التجمعات في التوسط في هذه الآثار.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على المخاوف البيئية المحيطة بالتلوث الواسع النطاق للتربة الزراعية بالجليفوسات ومستقلبه، حمض الأمينوميثيلفوسفونيك (AMPA). يتأثر تحلل الجليفوسات في التربة بعوامل مختلفة، بما في ذلك نوع التربة، ودرجة الحموضة، ودرجة الحرارة، ومحتوى الكربون العضوي، والنشاط الميكروبي. عادةً ما يكون للجليفوسات عمر نصف يتراوح بين 1.5 إلى 197.3 يومًا، بينما يستمر AMPA لفترة أطول بشكل ملحوظ، حيث يحدث التحلل بشكل أساسي من خلال المسارات الميكروبية. تؤكد الدراسة على الدور الحاسم للميكروبات في تحلل الجليفوسات، مشيرةً إلى أن سلالات الميكروبات المتخصصة يمكن أن تعزز معدلات التحلل.
علاوة على ذلك، تحدد الورقة فجوة معرفية بشأن تأثيرات حجم تجمعات التربة على بقاء الجليفوسات وAMPA والسمية البيئية. يُفترض أن تجمعات التربة الأصغر، التي تمتلك مساحات سطحية محددة أكبر، لديها قدرات امتصاص أكبر، مما قد يؤثر على معدلات التحلل والخصائص البيوجيوكيميائية. تهدف الدراسة إلى التحقيق في حركيات تحلل الجليفوسات عبر أحجام تجمعات التربة المختلفة وتقييم التأثيرات اللاحقة على ديناميات مغذيات التربة وأنشطة الإنزيمات. تم وضع هذا البحث للمساهمة في فهم المخاطر البيئية للجليفوسات وآثاره على الممارسات الزراعية.
طرق
في هذه الدراسة، تم جمع تربة طينية من الأراضي الزراعية في يانغلينغ، مقاطعة شانشي، الصين، ومعالجتها لإنشاء ست فئات من أحجام التجمعات من خلال سلسلة من خطوات الغربلة. شملت أحجام التجمعات التربة الأصلية الكتلية (< 10 مم) وخمس فئات إضافية تتراوح من 2-10 مم إلى < 0.05 مم، مع نسب الكتلة المقابلة 32.91%، 23.19%، 34.78%، 8.42%، و0.71%. تم احتضان التربة تحت ظروف مسيطر عليها (25 ± 0.5 °م، 80 ± 2% رطوبة) لمدة سبعة أيام لاستقرار الأنشطة الميكروبية والإنزيمية، مع الحفاظ على محتوى رطوبة بنسبة 15%، وهو ما يعادل 60% من سعة الحقل. بعد الاحتضان، تم تطبيق الجليفوسات بتركيز 15 ميكروغرام⋅غ⁻¹، تم تحضيره عن طريق تخفيف Roundup® في ماء منزوع الأيونات. تم جمع عينات التربة في فترات زمنية مختلفة (0، 1، 3، 5، 7، 14، و30 يومًا بعد التطبيق) وفقًا لإرشادات منظمة التعاون والتنمية الاقتصادية (OECD)، مما أسفر عن إجمالي 126 صندوقًا تجريبيًا. شمل كل يوم أخذ عينات خلط التربة من ثلاثة صناديق مكررة، مع تجميد عينة واحدة لتحليل الجليفوسات وAMPA وأخرى لتجفيف الهواء لتقييم الخصائص البيوجيوكيميائية. كانت هذه الطريقة المنهجية تهدف إلى تقييم تأثير الجليفوسات على تجمعات التربة مع مرور الوقت.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” من الورقة البحثية النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. يسلط الضوء على النتائج المهمة التي تدعم الفرضيات أو أسئلة البحث المطروحة في الدراسة. عادةً ما تكون النتائج مصحوبة ببيانات إحصائية ذات صلة، وتمثيلات بصرية مثل الرسوم البيانية أو الجداول، ومقارنات مع دراسات سابقة لوضع النتائج في سياقها.
في هذا القسم، قد يبلغ المؤلفون عن فعالية التدخلات المختبرة، والعلاقات بين المتغيرات، أو التحقق من النماذج النظرية. تعتبر النتائج حاسمة لفهم آثار البحث وقد تقترح اتجاهات للدراسات المستقبلية أو التطبيقات العملية في المجال المعني.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم تحليل تحلل الجليفوسات وتكوين وتحلل مستقلبه AMPA في تجمعات التربة ذات الأحجام المختلفة. أشارت النتائج إلى أن الجليفوسات يتحلل بسهولة في التربة، مع متوسط عمر نصف (DT50) يتراوح بين 1.2 إلى 2.1 يوم عبر أحجام التجمعات المختلفة، مما يظهر اتجاهًا نحو انخفاض معدلات التحلل مع زيادة حجم التجمعات. على العكس، بلغت تركيزات AMPA ذروتها حوالي اليوم السابع بعد التطبيق وكانت عمومًا أعلى في التجمعات الأصغر بعد تحلل الجليفوسات، مما يشير إلى أن التجمعات الأصغر قد تحتفظ بتركيزات أعلى من كل من الجليفوسات وAMPA مع مرور الوقت. أكدت الدراسة أن الحركيات من الدرجة الأولى تُعد نموذجًا فعالًا لعمليات التحلل لكل من المركبين، متماشية مع الأبحاث السابقة.
بالإضافة إلى ذلك، سلطت الأبحاث الضوء على تأثير تطبيق الجليفوسات على دورة الفوسفور في التربة والخصائص البيوجيوكيميائية. تأثرت مستويات الفوسفور المتاح (AP) بشكل كبير بحجم التجمعات، حيث أظهرت التجمعات الأصغر تركيزات أعلى من AP. كما وُجد أن أنشطة الإنزيمات المتعلقة بدورة المغذيات، مثل β-glucosidase وalkaline phosphatase، تختلف أيضًا مع حجم التجمعات والوقت، مما يشير إلى أن نشاط إنزيمات التربة هو عامل حاسم في فهم الاستجابات البيوجيوكيميائية لتطبيق الجليفوسات. تشير النتائج إلى أن تأثيرات الجليفوسات على البيوجيوكيمياء التربة أكثر وضوحًا في التجمعات الأصغر، مما يبرز أهمية مراعاة حجم التجمعات في دراسات سلوك المبيدات وصحة التربة.
القيود
تسلط قيود هذه الدراسة الضوء على الظروف المختبرية المسيطر عليها التي أجري فيها التجربة، وبشكل خاص الخلط الموحد للجليفوسات في التربة. ركزت هذه الإعدادات بشكل أساسي على الظواهر على مقياس المسام، متجاهلة العمليات على مقياس الاستمرارية التي تحدث في البيئات الطبيعية، مثل إعادة توزيع المياه الشعرية، والتهوية، وحركة المغذيات. في ظروف الحقل، لن يتم توزيع الجليفوسات بشكل موحد، وستدخل عوامل بيئية مثل درجة الحرارة ورطوبة التربة تباينًا إضافيًا، مما قد يؤثر على معدلات التحلل البيولوجي للجليفوسات ومستقلبه AMPA.
تتمثل النتيجة الرئيسية للدراسة في أن العمليات البيوجيوكيميائية، بما في ذلك امتصاص الجليفوسات والتحلل البيولوجي، يمكن أن تختلف بشكل كبير بناءً على حجم تجمعات التربة، حتى في غياب عمليات النقل على مقياس الاستمرارية. ومع ذلك، في ظروف الحقل الواقعية، قد تعقد التفاعلات بين العمليات البيوجيوكيميائية والفيزيائية العلاقة بين بقاء المبيدات وتأثيراتها السمية البيئية. تؤكد هذه التعقيدات على أهمية فهم كيفية تأثير عمليات التحلل وإعادة التأهيل التي تغير توزيعات أحجام التجمعات على استجابات التربة لتطبيقات المبيدات. هناك حاجة إلى مزيد من الأبحاث لتوضيح اعتماد تأثيرات الجليفوسات على حجم التجمعات وتفاعلاتها مع عمليات بيئية متنوعة عبر مقاييس مكانية مختلفة.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2026.119683
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41512773
Publication Date: 2026-01-01
Author(s): Xiaomei Yang et al.
Primary Topic: Pesticide and Herbicide Environmental Studies
Overview
This study investigates the impact of soil aggregate size on the degradation dynamics of glyphosate and its metabolite, aminomethylphosphonic acid (AMPA), as well as their associated biogeochemical effects over a 30-day period. The research reveals that smaller soil aggregates (<0.05 mm) exhibit significantly inhibited glyphosate degradation rates, leading to higher concentrations of glyphosate in the early stages (<14 days) and elevated AMPA levels in the later stages (>14 days) compared to larger aggregates. While the overall biodegradation rates of glyphosate and AMPA show limited sensitivity to aggregate size, the biogeochemical responses—particularly soil enzyme activities and available phosphorus (AP)—demonstrate substantial variations across different aggregate sizes.
The findings indicate that smaller aggregates not only retain glyphosate longer but also significantly influence soil microbial activity and phosphorus cycling, with rapid changes observed in enzyme activities following glyphosate application. These results suggest that the persistence of glyphosate and AMPA may not accurately reflect their ecological impacts, highlighting the need for caution when using degradation rates as proxies for environmental ecotoxicity. The study calls for further investigation into the potential adverse effects of glyphosate on the soil phosphorus cycle and the role of aggregate size in mediating these effects.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the environmental concerns surrounding the widespread contamination of agricultural soils by glyphosate and its metabolite, aminomethylphosphonic acid (AMPA). The degradation of glyphosate in soil is influenced by various factors, including soil type, pH, temperature, organic carbon content, and microbial activity. Glyphosate typically has a half-life ranging from 1.5 to 197.3 days, while AMPA persists significantly longer, with degradation primarily occurring through microbial pathways. The study emphasizes the critical role of microorganisms in glyphosate degradation, noting that specialized microbial strains can enhance degradation rates.
Furthermore, the paper identifies a knowledge gap regarding the effects of soil aggregate size on glyphosate and AMPA persistence and ecotoxicity. Smaller soil aggregates, which possess larger specific surface areas, are hypothesized to have greater adsorption capacities, potentially affecting degradation rates and biogeochemical properties. The study aims to investigate the degradation kinetics of glyphosate across various soil aggregate sizes and assess the subsequent impacts on soil nutrient dynamics and enzyme activities. This research is positioned to contribute to the understanding of glyphosate’s environmental risks and its implications for agricultural practices.
Methods
In this study, clay loam soil was collected from farmland in Yangling, Shaanxi Province, China, and processed to create six aggregate size categories through a series of sieving steps. The aggregate sizes included original bulk soil (< 10 mm) and five additional categories ranging from 2-10 mm to < 0.05 mm, with respective mass percentages of 32.91%, 23.19%, 34.78%, 8.42%, and 0.71%. The soil was incubated under controlled conditions (25 ± 0.5 °C, 80 ± 2% humidity) for seven days to stabilize microbial and enzyme activities, maintaining a moisture content of 15%, equivalent to 60% of field capacity. Following incubation, glyphosate was applied at a concentration of 15 μg⋅g⁻¹, prepared by diluting Roundup® in deionized water. Soil samples were collected at various intervals (0, 1, 3, 5, 7, 14, and 30 days post-application) in accordance with OECD guidelines, resulting in a total of 126 experimental boxes. Each sampling day involved mixing soil from three replicate boxes, with one subsample frozen for glyphosate and AMPA analysis and another air-dried for biogeochemical property assessments. This methodical approach aimed to evaluate the impact of glyphosate on soil aggregates over time.
Results
The “Results” section of the research paper presents the key findings derived from the conducted experiments or analyses. It highlights the significant outcomes that support the hypotheses or research questions posed in the study. The results are typically accompanied by relevant statistical data, visual representations such as graphs or tables, and comparisons with previous studies to contextualize the findings.
In this section, the authors may report on the effectiveness of the interventions tested, the relationships between variables, or the validation of theoretical models. The results are crucial for understanding the implications of the research and may suggest directions for future studies or practical applications in the relevant field.
Discussion
In this study, the degradation of glyphosate and the formation and degradation of its metabolite AMPA were analyzed in soil aggregates of varying sizes. The results indicated that glyphosate readily degrades in soil, with a mean half-life (DT50) ranging from 1.2 to 2.1 days across different aggregate sizes, demonstrating a trend of decreasing degradation rates with increasing aggregate size. Conversely, AMPA concentrations peaked around day 7 post-application and were generally higher in smaller aggregates after glyphosate degradation, suggesting that smaller aggregates may retain higher concentrations of both glyphosate and AMPA over time. The study confirmed that first-order kinetics effectively models the degradation processes for both compounds, aligning with previous research.
Additionally, the research highlighted the influence of glyphosate application on soil phosphorus cycling and biogeochemical properties. Available phosphorus (AP) levels were significantly affected by aggregate size, with smaller aggregates exhibiting higher AP concentrations. Enzyme activities related to nutrient cycling, such as β-glucosidase and alkaline phosphatase, were also found to vary with aggregate size and time, indicating that soil enzyme activity is a critical factor in understanding the biogeochemical responses to glyphosate application. The findings suggest that the effects of glyphosate on soil biogeochemistry are more pronounced in smaller aggregates, emphasizing the importance of considering aggregate size in studies of pesticide behavior and soil health.
Limitations
The limitations of this study highlight the controlled laboratory conditions under which the experiment was conducted, specifically the uniform mixing of glyphosate in soil. This setup primarily focused on pore-scale phenomena, neglecting the continuum-scale processes that occur in natural environments, such as capillary water redistribution, aeration, and nutrient mobility. In field conditions, glyphosate would not be uniformly distributed, and environmental factors like temperature and soil moisture would introduce additional variability, potentially influencing the biodegradation rates of glyphosate and its metabolite AMPA.
The study’s key finding is that biogeochemical processes, including glyphosate sorption and biodegradation, can significantly differ based on soil aggregate size, even in the absence of continuum-scale transport processes. However, under realistic field conditions, the interaction between biogeochemical and physical processes may complicate the relationship between pesticide persistence and ecotoxicological effects. This complexity underscores the importance of understanding how soil degradation and remediation processes that alter aggregate size distributions can influence soil responses to pesticide applications. Future research is necessary to elucidate the aggregate size-dependency of glyphosate effects and their interactions with various environmental processes across different spatial scales.