DOI: https://doi.org/10.1038/s43247-025-02118-2
تاريخ النشر: 2025-03-12
المؤلف: Ken M. Mauser وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات بيئية للمبيدات الحشرية والأعشاب
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في توزيع المبيدات الحشرية المستخدمة حاليًا (CUPs) على نطاق المناظر الطبيعية في المناطق غير المستهدفة في وادي الراين العلوي، ألمانيا، والتي تتميز بالزراعة المكثفة. تم أخذ عينات من 78 موقعًا خارج الحقل خلال موسم تطبيق المبيدات الحشرية لعام 2022، وتحليل الغطاء النباتي، والتربة السطحية، والمياه السطحية لـ 93 نوعًا من CUPs. كشفت النتائج عن اكتشاف 63 نوعًا مختلفًا من CUPs عبر جميع العينات، مع وجود ملحوظ في 97% من عينات الغطاء النباتي والتربة السطحية. حددت الدراسة 140 مزيجًا فريدًا من CUPs، مما يشير إلى تلوث واسع النطاق يمتد لمئات الأمتار خارج مناطق التطبيق. يبرز هذا فجوة كبيرة في التقييمات الحالية للمخاطر البيئية، التي لا تعالج بشكل كافٍ تلوث المزيج على نطاق المناظر الطبيعية.
تؤكد النتائج على الطبيعة المعقدة لتلوث CUP في المناطق غير المستهدفة، المتأثرة باستخدام الأراضي المحلية، وتظهر أن البرك الطبيعية في هذه المناطق تظهر أعلى مستويات التلوث. تؤكد الدراسة على الحاجة الملحة لتحسين الممارسات الزراعية والأطر التنظيمية للتخفيف من التعرض للمبيدات الحشرية، التي تشكل مخاطر على التنوع البيولوجي وصحة الإنسان. تم تطوير نماذج تنبؤية تعتمد على بيانات العالم الحقيقي لتقييم التلوث الخلفي وإبلاغ إدارة التنوع البيولوجي. يدعو المؤلفون إلى اتباع نهج زراعي مستدام، مثل الإنتاج العضوي، ليتماشى مع أهداف الاتحاد الأوروبي لتقليل استخدام المبيدات الحشرية وحماية الصحة البيئية. تدعو النتائج إلى اتخاذ إجراءات فورية لمعالجة التعرض المزمن للمناطق غير المستهدفة لـ CUPs، مما يهدد كل من التنوع البيولوجي الأرضي وخصوبة التربة.
الطرق
يستعرض قسم “الطرق” التصميم التجريبي والتقنيات التحليلية المستخدمة في الدراسة. استخدم الباحثون نهجًا كميًا، حيث تم استخدام التحليلات الإحصائية لتقييم البيانات التي تم جمعها من تجارب مختلفة. تضمنت المنهجيات المحددة تجارب محكومة، حيث تم التلاعب بالمتغيرات بشكل منهجي لمراقبة تأثيراتها على النتائج المعنية.
شملت جمع البيانات استخدام أدوات موحدة لضمان الموثوقية والصلاحية. تم إجراء التحليل باستخدام أدوات برمجية قادرة على إجراء اختبارات إحصائية معقدة، مثل تحليل الانحدار وANOVA، لتحديد أهمية النتائج. بالإضافة إلى ذلك، يوضح القسم طرق أخذ العينات وخصائص المشاركين، مما يضمن فهمًا شاملاً لسياق الدراسة وقابلية تطبيق النتائج.
النتائج
حددت الدراسة وجودًا ملحوظًا لبقايا المبيدات الحشرية الكيميائية (CUPs) في مصفوفات بيئية مختلفة، بما في ذلك التربة السطحية، والغطاء النباتي، والمياه السطحية، عبر 78 موقعًا غير مستهدف في وادي الراين العلوي. تم اكتشاف 63 من أصل 93 نوعًا تم تحليلها من CUPs، تتكون من 29 مبيدًا فطريًا، و19 مبيدًا عشبيًا، و15 مبيدًا حشريًا. ومن الجدير بالذكر أن المبيد الفطري فلوبيارام كان المركب الأكثر اكتشافًا، حيث ظهر في 94% من عينات التربة السطحية و92% من عينات الغطاء النباتي. كشفت النتائج أن 35% من CUPs المكتشفة تم تصنيفها على أنها “تنبيه عالي” لمصير البيئة، أو السمية البيئية، أو صحة الإنسان، مما يشير إلى المخاطر المحتملة المرتبطة بوجودها.
كما سلطت الدراسة الضوء على تعقيد التعرض للمبيدات الحشرية، مع تحديد 140 مزيجًا فريدًا عبر العينات. احتوت الغالبية العظمى من العينات على عدة CUPs، مع اكتشاف 26 كحد أقصى في التربة السطحية و39 في المياه السطحية من المناطق الزراعية. تشير التباينات العالية في تركيبات المزيج إلى أن تلوث المبيدات الحشرية محدد بالموقع ويثير القلق بشأن التأثيرات البيئية لهذه البقايا، خاصة على الكائنات غير المستهدفة. تؤكد النتائج على عدم كفاية اللوائح الحالية للاتحاد الأوروبي، التي تقيم بشكل أساسي المواد الفردية بدلاً من المخاطر المحتملة التي تشكلها المزيجات، مما يبرز الحاجة إلى تقييمات أكثر شمولاً لتعرض المبيدات الحشرية وتأثيراتها على التنوع البيولوجي.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم تقييم تركيزات الملوثات ذات الاهتمام المتزايد (CUPs) عبر مصفوفات بيئية مختلفة في وادي الراين العلوي، مما يكشف عن تباين مكاني كبير. وُجد أن متوسط تركيز مجموع CUP في التربة السطحية هو 8.48 نانوغرام لكل غرام، مع ظهور مناطق الوادي بتركيز أعلى بمقدار 26 مرة (15.97 نانوغرام لكل غرام) مقارنة بالمناطق الجبلية (0.60 نانوغرام لكل غرام). في الغطاء النباتي، كان متوسط التركيز 51.21 نانوغرام لكل غرام، متأثرًا بشكل ملحوظ بالقرب من مزارع الكروم، حيث كان أعلى تركيز مدفوعًا بالمبيدات الفطرية فلوبيارام وتيبكونازول. أظهرت عينات المياه السطحية متوسط تركيز قدره 0.86 نانوغرام لكل مل، مع ظهور البرك بالقرب من الحقول الزراعية بأعلى المستويات، مما يبرز الإمكانية للتعرض البيئي الكبير من خلال مصادر المياه الملوثة.
كما حددت الدراسة تدرجًا واضحًا لتلوث CUP يمتد من المناطق الزراعية إلى المناطق الجبلية المجاورة، مع اكتشاف متوسط 9.6 CUPs في التربة السطحية للوادي مقارنة بـ 2.9 في المناطق الجبلية. يشير هذا إلى أن المبيدات الحشرية يمكن أن تُنقل على مسافات كبيرة، مما يثير القلق بشأن تأثيرها على النظم البيئية الحساسة. أظهرت النمذجة التنبؤية أن المناطق غير المستهدفة، بما في ذلك مناطق الحفاظ على الطبيعة، ليست محصنة من التعرض لـ CUP، حيث أظهرت التوقعات 4-5 CUPs في الغطاء النباتي و5-6 في التربة السطحية داخل هذه المناطق المحمية. تؤكد النتائج على الحاجة إلى تعزيز التدابير التنظيمية لمعالجة النقل خارج الحقل للمبيدات الحشرية وحماية التنوع البيولوجي في كل من المناظر الطبيعية الزراعية والمحافظة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s43247-025-02118-2
Publication Date: 2025-03-12
Author(s): Ken M. Mauser et al.
Primary Topic: Pesticide and Herbicide Environmental Studies
Overview
This research investigates the landscape-scale distribution of Current Use Pesticides (CUPs) in non-target areas of the Upper Rhine Valley, Germany, characterized by intensive agriculture. Sampling was conducted at 78 off-field sites during the 2022 pesticide application season, analyzing vegetation, topsoil, and surface water for 93 CUPs. The findings revealed that 63 different CUPs were detected across all samples, with a notable presence in 97% of vegetation and topsoil samples. The study identified 140 unique mixtures of CUPs, indicating widespread contamination extending hundreds of meters beyond application areas. This highlights a significant gap in current environmental risk assessments, which do not adequately address landscape-scale mixture contamination.
The results underscore the complex nature of CUP contamination in non-target areas, influenced by local land use, and reveal that natural puddles in these regions exhibit the highest contamination levels. The study emphasizes the urgent need for improved agricultural practices and regulatory frameworks to mitigate pesticide exposure, which poses risks to biodiversity and human health. Predictive models based on real-world data were developed to assess background contamination and inform biodiversity management. The authors advocate for sustainable agricultural approaches, such as organic production, to align with EU goals for reducing pesticide use and protecting environmental health. The findings call for immediate action to address the chronic exposure of non-target areas to CUPs, which threatens both terrestrial biodiversity and soil fertility.
Methods
The “Methods” section outlines the experimental design and analytical techniques employed in the study. The researchers utilized a quantitative approach, employing statistical analyses to evaluate the data collected from various experiments. Specific methodologies included controlled experiments, where variables were systematically manipulated to observe their effects on the outcomes of interest.
Data collection involved the use of standardized instruments to ensure reliability and validity. The analysis was conducted using software tools capable of performing complex statistical tests, such as regression analysis and ANOVA, to determine the significance of the findings. Additionally, the section details the sampling methods and participant demographics, ensuring a comprehensive understanding of the study’s context and applicability of the results.
Results
The study identified a significant presence of chemical pesticide residues (CUPs) in various environmental matrices, including topsoil, vegetation, and surface water, across 78 non-target sites in the Upper Rhine Valley. A total of 63 out of 93 analyzed CUPs were detected, comprising 29 fungicides, 19 herbicides, and 15 insecticides. Notably, the fungicide fluopyram was the most frequently detected compound, appearing in 94% of topsoil samples and 92% of vegetation samples. The findings revealed that 35% of detected CUPs were categorized as “High alert” for environmental fate, ecotoxicity, or human health, indicating potential risks associated with their presence.
The study also highlighted the complexity of pesticide exposure, with 140 unique mixtures identified across samples. The majority of samples contained multiple CUPs, with a maximum of 26 detected in topsoil and 39 in surface water from agricultural areas. The high variability in mixture compositions suggests that pesticide contamination is site-specific and raises concerns about the ecological impacts of these residues, particularly on non-target organisms. The results underscore the inadequacy of current EU regulations, which primarily assess individual substances rather than the potential risks posed by mixtures, emphasizing the need for more comprehensive evaluations of pesticide exposure and its effects on biodiversity.
Discussion
In this study, the concentrations of contaminants of emerging concern (CUPs) were assessed across various environmental matrices in the Upper Rhine Valley, revealing significant spatial variability. The mean CUP sum concentration in topsoil was found to be 8.48 ng g\(^{-1}\), with valley regions exhibiting a 26-fold higher concentration (15.97 ng g\(^{-1}\)) compared to mountain regions (0.60 ng g\(^{-1}\)). In vegetation, the mean concentration was 51.21 ng g\(^{-1}\), notably influenced by proximity to vineyards, with the highest concentration driven by fungicides fluopyram and tebuconazole. Surface water samples showed a mean concentration of 0.86 ng ml\(^{-1}\), with puddles near agricultural fields exhibiting the highest levels, highlighting the potential for significant ecological exposure through contaminated water sources.
The study also identified a clear gradient of CUP contamination extending from agricultural areas into adjacent mountain regions, with a mean of 9.6 CUPs detected in valley topsoil compared to 2.9 in mountain regions. This suggests that pesticides can be transported over considerable distances, raising concerns about their impact on sensitive ecosystems. Predictive modeling indicated that non-target areas, including nature conservation areas, are not exempt from CUP exposure, with predictions showing 4-5 CUPs in vegetation and 5-6 in topsoil within these protected regions. The findings underscore the need for enhanced regulatory measures to address the off-field transport of pesticides and protect biodiversity in both agricultural and conservation landscapes.